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基于LLC谐振负载感应加热电源移相调功分析综述
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TOC\o1-3\h\u25583基于LLC谐振负载感应加热电源移相调功分析综述 1
259231.1.1移相调功的工作原理 1
229581.1.2输出功率的分析 4
17631.1.3仿真结果 7
PWM相移频率变换可以用来实现相移频率变换相对较小输出功率的最大幅度调节，易于实现各种电路中的软启动条件，有利于各种数字控制。在感应加热和其他应用中，可以考虑使用频率追踪设备。它非常适合实际工作中的需要，是一种更常用的功率调整方法。以下是基于LLC谐振负载的感应加热功率逆变器相移功率调整的分析与研究
1.1.1移相调功的工作原理
具有LLC谐振负载的传感器和加热功率逆变器的设计示意图如下表所示。逆变器开关器件是一种利用功率MOSFET和二极管之间的反并联连接而成的新型加热器，特别是对具有低开关断损耗的高频传感器进行加热。这种电路通常是比较适合于使用零电压软开关(ZVS)技术，并且为了更好地实现ZVS，当开关被打开时电流必须保持为正或负，即反并联二极管导电[21][22]，当输出电流大于零点时，电路工作在电感状态，根据对相移功率调制的先前分析，降频式PWM功率控制电路在功率控制期间工作在电感状态。
S
S1
D1
S2
L
L2R
a
1
b
C
S3
D3
S4
D2
Ud
D4
图3-7LLC谐振负载逆变器电路
对LLC负载电压的分析表明，在谐振点ω0附近，电容器的电压和输入电压的频率和相位特征都是单调的，当一个电路以谐振角ω的频率运行工作时，相位角大约90°，这在不执行转项调功时也就是合适地将其引入到控制变量上，以跟踪其频率并从而使整个电路始终处于谐振状态。
当整流电路正常状态工作于一个谐振点ω0时，电容整流电压和电路输出整流电压之间的谐波比率Hv
（3-5）
（3-6）
然后对逆变器的输入和输出电压uin与流经感应线圈的输入和电流i2之间进行了分析，并将Hz
（3-7）
根据LLC负载特性的分析，我们可以清楚地知道LLC负载的阻抗Z和流经感应线圈的逆变器输出电流i1与电流i2的比值Hi(ω0)如下：
（3-8）
（3-9）
根据式3-8与3-9可得，
（3-10）
（3-11）
于谐振点处，
（3-12）
输出电压uin和流经感应线圈电流i2之比Hz(ω)的阻抗特性曲线如图3-8所示。
Hz(ω)
Magnitude(dB)80
Magnitude(dB)
60
40
20
0
Phase(deg)ω0
Phase(deg)
ω0
225
180
135
90
105106107
(rad/sec)
图3-8Hz(ω)的阻抗特性曲线
从公式3-1与相频特性Hz（ω）可以看出，电路在谐振点ω0处运行时，Hz（ω）的相角是180°，即输出电压uin和流经感应线圈的电流i2具有一定的相位比。当负载参数发生改变且自然共振频率ω0改变时，相角保持不变，并且当负载共振接触点ω0附近，Hz(ω)的相频特征是单调的，所以，输出的电压uin和流经传感器线圈的电流i2都可以用来作为一个控制变量引入该系统。在对电路进行转移或者调功的条件下，维持基准臂驱动脉冲信号与传感器线圈内部流动的电源i2180°的电源之间相位角的关系，进行监视以使负载频率的变化尽可能接近谐振频率。
LLC谐振负载逆变器的相移功率设置主电路如图3-7所示。开关装置S1和S3的驱动脉冲信号的相位差为180°，并且维持开关装置S1和S3（基准臂）的驱动脉冲信号和流过感应线圈的电流的相位关系为180°，开关器件S2，S4（移相臂）的控制脉冲信号超前S1，S3的控制脉冲信号α的角度在0°~180°范围内，设置相移角α的大小可以控制逆变器输出电压的脉冲宽度，可以改变输出电压的有效值，以达到调节输出功率的目的[23]。
通过分析LLC负载电流可得，
(3-13)
(3-14)
根据式3-14可知，逆变器在进行移相调功时，流经电源感应加热线圈的输入电流i2滞后输出电流i1相位角，因此S1，S3的驱动脉冲信号超前输出电流i1γ(ω)相位角，其中γ(ω)为
(3-15)
电路工作在谐振点ω0处运行