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电压型负载谐振变换器谐振槽路参数优化设计与负载匹配的研究

李金刚  
【摘要】:在介绍负载谐振变换器的概念、应用领域、研究现状的基础上,探讨了负载谐振变换器的几个关键问题。研究了大功率高频正弦波电源的参数优化设计方法和感应加热负载匹配问题。实验和工程实践证明了分析结果的正确性。 在利用负载并联谐振电路(PRC)作为实现手段的大功率高频正弦波电源研究中,为了简化参数设计和特性分析,提出了引入品质因数Q和电源频率f_s与谐振频率f_r的比值k作为中间变量的分析方法。在研究它们与输出电压波形畸变率THDV的关系后得出结论:合理的参数设计可以使变换器输出满足要求的正弦波电压。 提出了优化Q和k的设计方法,给出了基于电源输出额定电压、额定功率的参数设计表达式。深入研究了PRC电路在电源设计中的特性。从输出电压、输出电流、谐振逆变器工作状态等诸方面分析了与Q、k的关系,给出了各表达式的数值曲线。综合考虑了优化输出波形、降低设计成本、改善逆变器工作状态等多因素。 完成了20kHz的大功率正弦波系列电源系统设计,给出了5kW电源的仿真和实验波形。该系列电源在实际设备中已经得到应用,性能良好。 研究了三储能元件的负载谐振变换器在电压型感应加热电源负载匹配中的应用。 给出了基于感应加热负载特殊性的三储能元件电路拓扑族。利用等效分析电路方法,对所有的电路拓扑进行了研究,结论是只有6种拓扑可以实现负载匹配功能。对适用于电压型逆变器的3种拓扑进行了深入的研究。 提出在高频感应加热中,过补偿方式相对于欠补偿更具优势的观点。从负载的匹配范围、匹配和补偿元件承受的电气参数、电路对负载线圈参数变化的灵敏度、对开关损耗的影响等多角度进行了分析,比较了三种电路的优缺点。 提出了在高频感应加热控制中应用DSP的全数字锁相方法,为负载谐振变换器全数字控制的研究打下良好的基础。 全文分析的负载谐振变换器在实际应用中很具代表性,文中介绍了一些新


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