高频感应加热电源自动负载匹配技术应用简析

 在串联型的高频感应加热电源新产品研发过程中，工程师常常会运用自动负载匹配技术，进行噪音控制和效率提升辅助。在今天的文章中，我们将会就这种感应加热电源的自动负载匹配技术的实际应用，展开简要分析和介绍，希望能够对各位新人工程师的产品研发和设计工作带来帮助。

在本方案中，我们以平时比较常见的串联型固态高频感应加热电源为例，来展开自动负载匹配技术的简析。这种高频感应加热电源的主要驱动部分，是一种典型的单相电压型谐振逆变器，其原理图和输出电压、电流波形如下图图1所示。

图1 串联型固态高频电源原理图及工作波形

从上图图1中我们可以看打破，在实际应用过程中，这种串联型固态高频感应加热电源的工作频率取决于谐振槽路的固有谐振频率。其最佳的工作状态为零电压换流模式(ZVS)，可通过定角控制锁相电路来实现。

在这种串联型通态高频感应加热电源的研发过程中，想要实现自动负载匹配，就需要我们合理利用脉宽移相控制技术进行电源功率调节，使其一直保持在最佳的ZVS状态下进行工作。这种技术结合了PWM和PS的优点，在应用中不仅可以实现负载匹配，而且能够有效电源运行的稳定性和安全性。对于如图1所示的逆变器结构来说，当不采用脉宽移相时，VQ1、VQ3的触发脉冲完全相同，VQ2、VQ4的也完全相同，两组脉冲在相位上互差1800，逆变器输出电压uH为占空比D=50%的方波。如果将VQ1，VQ4作为定桥臂，将VQ2，VQ3构成的动态桥臂的触发脉冲后移，这时uH将变为D<50%的方波.其有效值和负载电流也会相应减小.此时对于电源侧来说，负载的等效阻抗相应变大了。显然，通过改变动桥臂的移相角妒的，即可等效地改变负载的等效阻抗，使之与高频电源相匹配。

下图中，图2所展示出的是脉宽移相控制的波形图。从图2所展示的控制波形图中我们可以很明显的看到，在整个逆变器换流过程中一共有6个工作状态。为了使逆变开关器件满足ZVS的最佳小感性条件，锁相控制电路需要有相应的相位补偿环节。

图2 脉宽移相控制波形图

在已经了解了串联型固态高频感应加热电源原理和脉宽移向控制技术设计思路后，接下来我们要做的，就是对其进行自动负载匹配设计。为实现电源的自动阻抗匹配并保证电源的安全运行，在这里我们可以采用“变卢角”的脉宽移相控制与整流调节相结合的复合控制技术。这种复合控制方式可实现感应加热电源的软起动和软关断，减小了大功率感应加热电源起动停止时对电网的冲击，其控制框图如图3所示。

图3 自动负载匹配控制框图

当使用这种脉宽移向控制技术，对串联型高频感应加热电源实现符合控制时，当功率给定小于50%(这里需注意，此时所指的百分比值是可以通过人为设定来进行改变的)则脉宽移相角度一直保持最大值，此时电源的输出电压和输出电流同步增长，输出电流被压制在最小值，此时负载的等效阻抗最大。当功率给定为50%时。电源的输出电压达到额定值;当功率给定大于50%后，电源的输出电压保持在额定值不变，而脉宽移相角根据指令相应减小，电源输出电流增大;当功率给定为100%时，电源的输出电流和输出电压同时达到额定值.电源满功率输出。

图4 电源输出电压、电流、功率曲线

上图图4所提供的是在使用脉宽移向控制技术进行功率调节过程中，感应加热电源输出电压、输出电流、输出功率的关系曲线。从上图图4所给出的曲线图中可以看出，当功率给定大于50%后，串联型固态感应加热电源的输出电压一直保持在额定值，此时一直保持最高网侧输入功率因数AI>0.9，并由于电源工作在高电压、小电流状态，电源的效率和工作状态也一直保持在最佳状态。