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具有快速响应能力的高频感应加热电源逆变控制与调功关系的研究

范进秋  
【摘要】: 本文以高频感应加热电源为研究对象。首先介绍了高速无菌牛奶砖包包装封合的原理和问题,接着,针对特殊的应用场合,提出了三个主要问题,它们分别是功率调节与输出频率的耦合,高频感应加热电源的快速响应要求,高频感应加热电源的可靠性。 对高频感应加热电源功率调整与输出频率关系进行了详细的分析,通过对两种逆变器特点的分析比较,主电路拓扑结构选择了串联谐振方式;通过对功率调整方法的分析,得出了直流斩波调功简单易行并满足设计要求的结论;本文还设计了整流侧参数、逆变侧主电路参数。 详细分析了高速无菌牛奶砖包包装的过程,其特点之一是高速性,这就要求高频感应加热电源具备快速响应能力,结合控制方法和硬件电路的设计,最终选择了通过对芯片(产生PWM波控制信号)的使能与否来实现对MOSFET的控制信号的控制来实现快速响应要求;由于加热封合所需的热量一定即总能量一定,结合功率MOSFET特性和散热的要求,在功率和时间的选择上,最终选择了较大的输出功率和较短的工作时间配合的方案。 为满足高频感应加热电源的可靠性要求,介绍了两种固态高频感应加热电源逆变器锁相控制技术—定时控制和定角控制的原理,并利用MATLAB\SIMULINK建模仿真分析,选择了定角控制方式。由于得出了电压型谐振逆变器必须工作在小感性准谐振状态的结论,而且必须避免向容性状态偏移,因此锁相角度必须足够小且能保证系统不进入容性状态。给出了仿真波形和角度范围,并在功率设计和感应器设计上进行了分析与设计。 本文给出了整机框图,设计了基于TI公司TMS320LF2407为核心的硬件控制平台,包括功率调整、整流滤波电路、保护电路、驱动等外围电路,本文还给出了实验结果。


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