高频谐振逆变器PDM调功控制技术的研究

作     者：柴艳鹏 

作者单位：河北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王培光;宗晓萍

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：感应加热 串联谐振 脉冲密度调功 可编程门阵列 碳化硅器件 

摘      要：感应加热电源作为工业生产中重要的加热工具,在环保、节能和可控性方面具有明显的优势,其主电路结构为高频谐振逆变器,按照谐振负载连接形式可分为串联型和并联型两种类型。作为感应加热电源的重要组成部分,串联型高频谐振逆变器采用脉冲密度调功技术,可以实现全功率范围负载匹配,在工业生产过程中具有较高的灵活性。针对目前串联型高频感应加热电源脉冲密度调功控制技术的研究热点和存在问题,本文对串联型高频谐振逆变器的功率器件换流过程、功率控制、数字锁相控制和碳化硅器件主回路设计等方法进行了深入研究,主要的研究成果和结论如下:1.提出了改进的脉冲密度调功控制方法,脉冲分布采用ΔΣ调制方法,无需ROM存储器和查找表即可实现在任意逆变调功周期下的逆变脉冲均匀分布,减小了输出电流波动,提高了功率控制精度和设备性能。2.提出了改进的脉冲密度调功功率器件换流控制方法,通过调整逆变脉冲的触发时序,避免了高频谐振逆变器输出电压尖峰的产生,同时降低了功率器件的开关频率,使不同桥臂的功率器件开关损耗和导通损耗趋于一致。3.提出了一种适用于串联型谐振逆变器脉冲密度调功的全数字锁相环控制方法,采用逆变器输出电压和谐振电容电压作为锁相环输入信号和反馈信号,提高了锁相环的抗干扰性能和对不同频率的适应性,保证逆变器始终工作在最佳状态。4.搭建了串联型高频感应加热系统主回路MATLAB\SIMULINK仿真模型,对逆变器脉冲密度调功算法和主回路工作状态进行了仿真验证。使用FPGA芯片作为主控制器编写了Verilog HDL语言脉冲密度调功控制程序,使用Model Sim软件对所设计的控制程序进行了时序仿真和功能验证。5.使用SIC MOSFET功率模块搭建了一台50k W/300k Hz串联型高频感应加热电源样机,对所设计的控制器功能进行了带载测试,对文中所述控制方法进行了试验验证。