高频感应加热电源的触发控制电路 - 感应加热电源控制电路

　　高频感应加热电源的触发控制电路

　　电路构成及原理

　　如图1所示，在不考虑触发、驱动隔离电路和开关器件的时延等延时情况下，无需进行相位补偿，所以，对VCO的脚3输出的三角波应由构成相位补偿电路的比较器进行过零比较，形成方波信号。该方波的前沿与ua形成的方波前沿进行锁相，实现无相差频率跟踪；由此，使三角波与ua正弦波保持同相，且无相位差的固定相位关系。三角波再分别与正、负直流电压U1和U2进行比较，得到具有重叠区的两路触发脉冲uo1和uo2，uo1和uo2与ua同相位，且实现了无相差频率跟踪。图2示出各点波形及相位关系。由上述原理可知，在不考虑电路延时情况下，脉冲对逆变器的触发使其输出电流io与ua相位差为零，从而实现了零电压开关（ZVS）。由于实际电路都存在时延，为了使逆变器的io与ua相位差为零，必须采取相位补偿措施。

　　频率跟踪PLL电路的设计

　　CD4046芯片的PD2是鉴频鉴相器，对输入方波信号的占空比没有特殊要求，能保证两路输入信号的前沿严格同步且相位差为零。采用精密波形发生器ICL8038作为VCO，只需连接少量的外部元件就能产生，并同时输出高精度的方波、三角波和正弦波；选择不同的外部电阻或电容，可得到0.001Hz～300kHz范围内任何频率的信号。由于该芯片是通过内部恒流源直接对外部定时电容进行充、放电形成三角波的，因此经缓冲电路输出，使得三角波具有更高的输出频率而不失真。图3示出采用图1原理设计的参考电路。

　　A2构成反相求和运算电路进行电平变换，调整电路参数使其输出在要求的变化范围内，并根据PD2两路输入方波前沿的相位关系而变化，自动调整VCO的振动频率，使其达到无相差锁相频率跟踪的目的。

　　相位补偿的实现

　　按照第二节的分析，在忽略电路时延的条件下，为了使逆变器的io与ua相位差为零，应使并联谐振逆变器中的开关器件在ua过零时刻换流。但在实际电路中从ua的采样比较到开关器件的开关，各电路环节都需要时间，这将引起逆变器的io滞后ua一个相角度，使得逆变器实际工作在感性负载状态。io与ua的相位差一方面是开关器件在高电压下开关，同时使电源的功率因数下降，影响功率输出。特别是在高频情况下，电路的时延将会使其不能正常工作。为此，必须在实际电路中引入相位补偿环节。

　　将模拟量三角波和直流电压U3引入到PLL环路中，通过同相电压比较器产生一滞后三角波的方波，该方波输入给鉴相器PD2脚3，其前沿与ua经同相过零比较产生的方波前沿进行无相差锁相，从而使得三角波超前ua一个ΔT时间。由于两路触发脉冲是由该三角波分别与U1，U2比较所形成的，所以两路触发脉冲超前了ua一个ΔT相位补偿时间。因为三角波的幅值不变，所以产生的ΔT也不随ua的幅值而改变，克服了由ua通过比较器产生的ΔT随ua的幅值而改变的不足。

　　相位补偿电路原理见图3。调节RP2即可改变ΔT的大小，ΔT最大为1/4个周期时间。对应不同的ΔT值，电源可分别工作在感性、容性和近谐振状态。图4示出相位补偿原理及其波形。

　　重叠区（死区）的产生

　　脉冲及重叠区的产生见图2。三角波与U1比较产生uo1，与U2比较产生uo2，调节U1和U2的大小就能改变脉冲宽度。因三角波的幅值不变，当U1和U2确定后，所产生的脉宽对应的电角度不变，即脉冲的占空比不会随工作频率的变化而改变，实现了自动脉宽调制功能。

　　应用在串联谐振逆变器时，取谐振电流（ir正弦波）作为反馈信号，将uo1，uo2取反就得到了两路具有死区的触发脉冲。