一種新型感應(yīng)加熱電源雙機(jī)并聯(lián)拓?fù)涞难芯?/h1>

發(fā)布時(shí)間:2007/4/23 0:00:00 訪問次數(shù):845

 來源：電源技術(shù)應(yīng)用  作者：汪 軍， 陳輝明

引言
    現(xiàn)代感應(yīng)加熱電源正朝著大功率，高頻化方向發(fā)展。這對現(xiàn)代電力電子器件來說是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的方法是采用器件串并聯(lián)的方式，但這存在器件之間均流均壓閑難的問題，特別是當(dāng)器件串并聯(lián)很多時(shí)，則需要保證精確的同步信號，以避免器件之間的環(huán)流損壞電力電子器件。但在很多情況下這很難精確保證。特別是當(dāng)串并聯(lián)器件較多功率等級很大吋，信號線上延時(shí)將對器件之間的環(huán)流產(chǎn)生惡劣的影響，所以采用器件申并聯(lián)的方式時(shí)，器件數(shù)量、最大功率都將受到限制。基于此，一種新型的LLC拓?fù)浔惶岢觯膬?yōu)良特性可有效地減少逆變橋并聯(lián)之間的環(huán)流，通過參數(shù)設(shè)計(jì)可以均衡各橋的功率分配，降低器件的損耗，從而有效地解決了逆變橋并聯(lián)中出現(xiàn)的一些問題，有利于感應(yīng)加熱電源多橋并聯(lián)，提高輸出功率和可靠性。

l 單機(jī)LLC分析
    電壓型LLC負(fù)載拓?fù)淙鐖D1所示。由圖1可知，不同之處是在以往LC并聯(lián)負(fù)載基礎(chǔ)上再串聯(lián)一個(gè)電感L1，L2和R為感應(yīng)圈的等效電路，通常L1比L2大很多，L1參與諧振并起到隔離負(fù)載和電源，調(diào)節(jié)功率分配的作用。可見它與傳統(tǒng)感應(yīng)加熱電源中的負(fù)載匹配變壓器作用很相似，因而可以消除造價(jià)昂貴，效率不高的高頻變壓器，使得整個(gè)裝置的體積縮小、重量減輕。LLC諧振電路阻抗表達(dá)式為
   
由基本的電路分析可得它有兩個(gè)諧振頻率， 一個(gè)是并聯(lián)諧振頻率f0和一個(gè)串聯(lián)諧振頻率f1

   

式中：Leq=L1//L2。
    定義k=L1/L2，一般來說k值較大以滿足負(fù)載匹配的要求，因此f0與f1很接近。為了獲得較大功率以及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便，系統(tǒng)的理想工作點(diǎn)在f1。Q=L2ωo/R≈L2ω1/R為了負(fù)載的品質(zhì)因數(shù){Q》])，將k》1，Q代入式(1)，則在諧振點(diǎn)有

   

由式(3)可知在ω1、點(diǎn)電源工仵在感性狀態(tài)以保證開關(guān)管可靠換流，且電容上電壓滯后逆變器輸出電壓90°�？梢宰C明在ω1點(diǎn)為輸出功率最大值。

   

由式(4)可看出電感L1起到阻抗變換，功率調(diào)節(jié)作用。系統(tǒng)功率曲線以及阻抗特性曲線如圖2所示。

    從圖2中可以看出φ(ω)在整個(gè)頻域內(nèi)是非單調(diào)函數(shù)，這種特性不利于用鎖相環(huán)控制．相反θ(ω)=arg(vc/v1)卻呈單調(diào)變化特性，且在ω1點(diǎn)有θ(ω1)≈—90°，所以．θ(ω)可作為控制變量引入到PLL中，從而鎖定在階振點(diǎn)。電容上電壓最大值出現(xiàn)在諧振點(diǎn)ω1。|vc|≈v1Q/k (5)

2 感應(yīng)加熱并聯(lián)模塊環(huán)流分析
    LLC諧振負(fù)載最大的優(yōu)點(diǎn)是有利于感應(yīng)加熱中的多機(jī)并聯(lián)，它小需要在逆變器之間附加任何元件，即使各橋的信弓延時(shí)角度很大也能保證系統(tǒng)止常工作，抑制各橋之間的環(huán)流，調(diào)節(jié)各逆變器的輸出功率，多機(jī)并聯(lián)圖如圖3所示。

    假設(shè)各逆變器INV1至INVn工作在理想狀態(tài)，即INV1至INVn對應(yīng)相同的驅(qū)動(dòng)信號，有相同的直流電壓vdc，則多機(jī)并聯(lián)可以等效為單機(jī)的情況，轉(zhuǎn)換等式如式(6)。

   
實(shí)際控制中各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)信號統(tǒng)一由控制板產(chǎn)生，但在傳輸信號的過程中，由于傳輸路線上的邏輯器件延遲，驅(qū)動(dòng)變壓器的延遲以及工藝方面的原因可能造成模塊之間驅(qū)動(dòng)信號的差異。這種延遲造成逆變器輸出電壓存在相位差，因此，研究它所產(chǎn)生的環(huán)流有實(shí)際意義，首先做出雙機(jī)并聯(lián)的等效電路如圖4所示。

    根據(jù)式(6)選取L11=L12=2L1，由于感應(yīng)加熱負(fù)載的高Q值，假定感應(yīng)圈中的電量均用正弦量，則有

   

式中：zp為電容與感應(yīng)圈并聯(lián)等效阻抗。
則有

   
因并

 來源：電源技術(shù)應(yīng)用  作者：汪 軍， 陳輝明

引言
    現(xiàn)代感應(yīng)加熱電源正朝著大功率，高頻化方向發(fā)展。這對現(xiàn)代電力電子器件來說是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的方法是采用器件串并聯(lián)的方式，但這存在器件之間均流均壓閑難的問題，特別是當(dāng)器件串并聯(lián)很多時(shí)，則需要保證精確的同步信號，以避免器件之間的環(huán)流損壞電力電子器件。但在很多情況下這很難精確保證。特別是當(dāng)串并聯(lián)器件較多功率等級很大吋，信號線上延時(shí)將對器件之間的環(huán)流產(chǎn)生惡劣的影響，所以采用器件申并聯(lián)的方式時(shí)，器件數(shù)量、最大功率都將受到限制�；诖�，一種新型的LLC拓?fù)浔惶岢�，它的�?yōu)良特性可有效地減少逆變橋并聯(lián)之間的環(huán)流，通過參數(shù)設(shè)計(jì)可以均衡各橋的功率分配，降低器件的損耗，從而有效地解決了逆變橋并聯(lián)中出現(xiàn)的一些問題，有利于感應(yīng)加熱電源多橋并聯(lián)，提高輸出功率和可靠性。

l 單機(jī)LLC分析
    電壓型LLC負(fù)載拓?fù)淙鐖D1所示。由圖1可知，不同之處是在以往LC并聯(lián)負(fù)載基礎(chǔ)上再串聯(lián)一個(gè)電感L1，L2和R為感應(yīng)圈的等效電路，通常L1比L2大很多，L1參與諧振并起到隔離負(fù)載和電源，調(diào)節(jié)功率分配的作用。可見它與傳統(tǒng)感應(yīng)加熱電源中的負(fù)載匹配變壓器作用很相似，因而可以消除造價(jià)昂貴，效率不高的高頻變壓器，使得整個(gè)裝置的體積縮小、重量減輕。LLC諧振電路阻抗表達(dá)式為
   
由基本的電路分析可得它有兩個(gè)諧振頻率， 一個(gè)是并聯(lián)諧振頻率f0和一個(gè)串聯(lián)諧振頻率f1

   

式中：Leq=L1//L2。
    定義k=L1/L2，一般來說k值較大以滿足負(fù)載匹配的要求，因此f0與f1很接近。為了獲得較大功率以及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便，系統(tǒng)的理想工作點(diǎn)在f1。Q=L2ωo/R≈L2ω1/R為了負(fù)載的品質(zhì)因數(shù){Q》])，將k》1，Q代入式(1)，則在諧振點(diǎn)有

   

由式(3)可知在ω1、點(diǎn)電源工仵在感性狀態(tài)以保證開關(guān)管可靠換流，且電容上電壓滯后逆變器輸出電壓90°�？梢宰C明在ω1點(diǎn)為輸出功率最大值。

   

由式(4)可看出電感L1起到阻抗變換，功率調(diào)節(jié)作用。系統(tǒng)功率曲線以及阻抗特性曲線如圖2所示。

    從圖2中可以看出φ(ω)在整個(gè)頻域內(nèi)是非單調(diào)函數(shù)，這種特性不利于用鎖相環(huán)控制．相反θ(ω)=arg(vc/v1)卻呈單調(diào)變化特性，且在ω1點(diǎn)有θ(ω1)≈—90°，所以．θ(ω)可作為控制變量引入到PLL中，從而鎖定在階振點(diǎn)。電容上電壓最大值出現(xiàn)在諧振點(diǎn)ω1。|vc|≈v1Q/k (5)

2 感應(yīng)加熱并聯(lián)模塊環(huán)流分析
    LLC諧振負(fù)載最大的優(yōu)點(diǎn)是有利于感應(yīng)加熱中的多機(jī)并聯(lián)，它小需要在逆變器之間附加任何元件，即使各橋的信弓延時(shí)角度很大也能保證系統(tǒng)止常工作，抑制各橋之間的環(huán)流，調(diào)節(jié)各逆變器的輸出功率，多機(jī)并聯(lián)圖如圖3所示。

    假設(shè)各逆變器INV1至INVn工作在理想狀態(tài)，即INV1至INVn對應(yīng)相同的驅(qū)動(dòng)信號，有相同的直流電壓vdc，則多機(jī)并聯(lián)可以等效為單機(jī)的情況，轉(zhuǎn)換等式如式(6)。

   
實(shí)際控制中各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)信號統(tǒng)一由控制板產(chǎn)生，但在傳輸信號的過程中，由于傳輸路線上的邏輯器件延遲，驅(qū)動(dòng)變壓器的延遲以及工藝方面的原因可能造成模塊之間驅(qū)動(dòng)信號的差異。這種延遲造成逆變器輸出電壓存在相位差，因此，研究它所產(chǎn)生的環(huán)流有實(shí)際意義，首先做出雙機(jī)并聯(lián)的等效電路如圖4所示。

    根據(jù)式(6)選取L11=L12=2L1，由于感應(yīng)加熱負(fù)載的高Q值，假定感應(yīng)圈中的電量均用正弦量，則有

   

式中：zp為電容與感應(yīng)圈并聯(lián)等效阻抗。
則有

   
因并

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