串聯(lián)諧振單相全橋逆變器常用控制方法的研究

從串聯(lián)諧振負(fù)載的阻抗特性|Z|=

可知，串聯(lián)諧振負(fù)載的阻抗隨著逆變器的工作頻率（f）的變化而變化。對于一個(gè)恒定的輸出電壓，當(dāng)工作頻率與負(fù)載諧振頻率偏差越大時(shí)，輸出阻抗就越高，因此輸出功率就越小，反之亦然。 脈沖頻率調(diào)制方法的主要缺點(diǎn)是工作頻率在功率調(diào)節(jié)過程中不斷變化，導(dǎo)致集膚深度也隨之而改變，在某些應(yīng)用場合如表面淬火等，集膚深度的變化對熱處理效果會產(chǎn)生較大的影響，這在要求嚴(yán)格的應(yīng)用場合中是不允許的。但是由于脈沖頻率調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)起來非常簡單，故在以下情況中可以考慮使用它：

1）如果負(fù)載對工作頻率范圍沒有嚴(yán)格限制，這時(shí)頻率必須跟蹤，但相位差可以存在而不處于諧振工作狀態(tài)。

2）如果負(fù)載的Q值較高，或者功率調(diào)節(jié)范圍不是很大，則較小的頻率偏差就可以達(dá)到調(diào)功的要求。

3．3脈沖密度調(diào)制（PDM）方法

脈沖密度調(diào)制方法就是通過控制脈沖密度，實(shí)際上就是控制向負(fù)載饋送能量的時(shí)間來控制輸出功率。其控制原理如圖2所示。

這種控制方法的基本思路是：假設(shè)總共有N個(gè)調(diào)功單位，在其中M個(gè)調(diào)功單位里逆變器向負(fù)載輸出功率；而剩下的N－M個(gè)單位內(nèi)逆變器停止工作，負(fù)載能量以自然振蕩形式逐漸衰減。輸出的脈沖密度為M/N，這樣輸出功率就跟脈沖密度聯(lián)系起來了。因此通過改變脈沖密度就可改變輸出功率。

脈沖密度調(diào)制方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：輸出頻率基本不變，開關(guān)損耗相對較小，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，比較適合于開環(huán)工作場合。

脈沖密度調(diào)制方法的主要缺點(diǎn)是：逆變器輸出功率的頻率不完全等于負(fù)載的自然諧振頻率，在需要功率閉環(huán)的場合中，工作穩(wěn)定性較差。由于每次從自然衰減振蕩狀態(tài)恢復(fù)到輸出功率狀態(tài)時(shí)要重新鎖定工作頻率，這時(shí)系統(tǒng)可能會失控。因此在功率閉環(huán)或者溫度閉環(huán)的場合，工作的穩(wěn)定性不好。其另一個(gè)缺點(diǎn)就是功率調(diào)節(jié)特性不理想，呈有級調(diào)功方式。 3.4諧振脈沖寬度調(diào)制(PWM)方法

在圖3中，諧振脈沖寬度調(diào)制是通過改變兩對開關(guān)管的驅(qū)動信號之間的相位差來改變輸出電壓值以達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的。即在控制電路中使原來同相的兩個(gè)橋臂開關(guān)（S1，S2）、（S3，S4）的驅(qū)動信號之間錯(cuò)開一個(gè)相位角，使得輸出的正負(fù)交替電壓之間插入一個(gè)零電壓值，這樣只要改變相位角就可以改變輸出電壓的有效值，最終達(dá)到調(diào)節(jié)輸出功率的目的。

這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是電源始終工作在諧振狀態(tài)，功率因數(shù)高。但存在反并聯(lián)二極管的反向恢復(fù)問題、小負(fù)載問題、軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)問題。

4脈寬加頻率調(diào)制方法

針對上述控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)，一些復(fù)合型控制方法的研究日益引起重視，脈寬加頻率調(diào)制方法就是一種較好的控制方法。

在一般的逆變器中，常用的移相PWM方法的工作頻率是固定的，不需考慮負(fù)載在不同工作頻率下的特性。而在串聯(lián)諧振感應(yīng)加熱電源中使用移相PWM方法時(shí)，則要求其工作頻率必須始終跟蹤負(fù)載的諧振頻率，通常使某一橋臂的驅(qū)動脈沖信號與輸出電流的相位保持一致，而另外一個(gè)橋臂的驅(qū)動脈沖信號與輸出電流的相位則可以調(diào)節(jié)。圖4和圖5中，S1和S4驅(qū)動信號互補(bǔ)，S2和S3驅(qū)動脈沖信號互補(bǔ)，S1驅(qū)動信號相位與負(fù)載電流的相位保持相同，而S3的驅(qū)動脈沖與S1的驅(qū)動脈沖信號之間的相位差β在0°～180°范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)β就可以調(diào)節(jié)輸出電壓的占空比，即調(diào)節(jié)輸出功率。

根據(jù)輸出電壓和輸出電流的不同相位關(guān)系，有2

串聯(lián)諧振單相全橋逆變器常用控制方法的研究

圖4升頻式PWM①

圖5降頻式PWM①