频率跟踪在大功率串联谐振全桥逆变产品中的重要性

2013-04-09 07:04

　　3) 脉冲密度调制（PDM，Pulse Density Modulation）就是通过控制脉冲密度，实际上就是控制向负载馈送能量的时间来控制输出功率。其控制原理如图：

PDM控制原理图

　　这种控制方法的基本思路是：假设总共有N个调功单位，在其中M个调功单位逆变器向负载输出功率；而剩下的N-M个单位内逆变器停止工作，负载能量以自然振荡形式逐渐衰减。输出的脉冲密度为M/N，这样输出功率就跟脉冲密度联系起来了。因此通过改变脉冲密度就可改变输出。

　　脉冲密度调制方法的主要缺点是：逆变器输出细度的频率不完全等于负载的自然谐振频率，在需要功率闭环的场合中，工作稳定性较差。由于每次从自然误差振荡状态恢复到输出功率状态时要重新锁定工作频率，这时系统可能失控。因此在功率闭环或者温度闭环的场合，工作的稳定性不好。其另一个缺点就是功率调节特性不理想，呈有级调功方式。

　　4) 谐振脉冲宽度调制（PWM）：

PWM中各信号波形

　　如图2-3，谐振脉冲宽度调制是通过改变两对开关管的驱动信号之间的相位差来改变输出电压值以达到调节功率的目的。即在控制电路中使原来同相的两个桥臂开关（S1,S3）、（S2,S4）的驱动信号之间错开一个相位角，使得输出的正负交替电压之间插入一个零电压值，这样只要改变相位角就可以改变输出电压的有效值，最终达到调节输出功率的目的。

　　这种控制方法的优点是电源始终工作在谐振状态，功率因数高。但存在反并联二极管的反向恢复问题、小负载问题、软开关实现问题。

　　调功控制方式选择与频率跟踪

　　上述各种调功控制方式都有各自的优缺点，因此一些复合型控制方法的研究日益引起重视，脉宽加频率调制方法就是一种较好的控制方法。

　　一般的全桥逆变器中，常用的移相PWM方法的工作频率是固定的，不需考虑负载在不同工作频率下的特性。而在串联谐振感应加热电源中使用移相PWM方法时，则要求其工作频率必须的始终跟踪负载的谐振频率，通常使某一桥臂的驱动脉冲信号与输出电流的相位保持一致，而另外一个桥臂的驱动脉冲信号与输出电流的相位则可以调节。S1和S4驱动信号互补，S2和S3驱动脉冲信号互补，S1驱动信号相位与负载电流的相位保持相同，而S3的驱动俯冲与S1的驱动脉冲信号之间的相位差β在0゜~180゜范围内可调，调节β就可以调节输出电压的占空比，即调节输出功率。根据输出电压和输出电流的不同相位关系，有2种PWM调节方式：升频式PWM和降频式PWM。

　　由于本论文重点在于频率跟踪，所以在这里就不对升频式PWM和降频式PWM作进一步分析。移相PWM控制方式要求工作频率始终跟踪负载谐振频率，这是本论文重点研究课题。