【摘要】：本文以感應(yīng)加熱電源為對(duì)象,研究一種以DE類功率放大器為基礎(chǔ)的全橋逆變軟開關(guān)技術(shù)。DE類功率放大器的功率器件工作在軟開關(guān)狀態(tài),可以在很高的工作頻率下保持高效率,并且DE類功率放大器對(duì)功率器件的電壓應(yīng)力要求較低。傳統(tǒng)DE類功率放大器的功率器件為MOSFET(場(chǎng)效應(yīng)管),這是由于場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)速度快、損耗小,工作頻率可以達(dá)到兆赫茲。但是,場(chǎng)效應(yīng)管的單管電流不大,不適合應(yīng)用在大功率高頻電源場(chǎng)合中。本文研究感應(yīng)加熱技術(shù),逆變器的輸出功率比較大,功率管選擇容量比較大的IGBT作為逆變器的功率器件。因此,本文DE類軟開關(guān)技術(shù)使用IGBT作為高頻大功率開關(guān)管。DE類功率放大器是以半橋逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的,而DE類全橋逆變是以全橋逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。在相同工作頻率下,此種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比DE類功率放大器輸出功率擴(kuò)大了2倍,提高了輸出功率,對(duì)研究高頻大功率逆變電源提供了廣闊的前景。在感應(yīng)加熱電源的加熱過程中,諧振網(wǎng)絡(luò)中的等效負(fù)載隨著加熱環(huán)境的變化而變化,等效負(fù)載并不恒定。在逆變器諧振頻率和并聯(lián)電容容值固定情況下,DE類全橋逆變的零電壓轉(zhuǎn)換(ZVS)和零電壓導(dǎo)數(shù)轉(zhuǎn)換(ZDS)條件的實(shí)現(xiàn)方式是通過控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的死區(qū)時(shí)間。根據(jù)DE類全橋逆變控制策略的特性選擇適合此逆變器結(jié)構(gòu)的調(diào)功方式為直流調(diào)功方式。比較兩種直流調(diào)功方式的優(yōu)缺點(diǎn),本文選擇直流斬波調(diào)功方式,并且直流斬波調(diào)功為Buck恒流源而非電壓源。為了驗(yàn)證DE類全橋逆變軟開關(guān)技術(shù)的可行性,制作了一臺(tái)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)包括前級(jí)Buck恒流源部分和后級(jí)DE類全橋逆變部分。Buck恒流源設(shè)計(jì)輸出功率為20kW,開關(guān)頻率30kHz,輸出電流調(diào)節(jié)范圍為5~50A;DE類全橋逆變?cè)O(shè)計(jì)輸出功率為20kW,IGBT工作頻率60kHz,驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比可調(diào)范圍為0.25~0.5。通過觀察逆變回路中正弦電流和IGBT兩端的電壓波形,并參照對(duì)DE類全橋逆變的理論分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明DE類軟開關(guān)能實(shí)現(xiàn)提高IGBT的工作頻率,并將開關(guān)損耗控制在合適的范圍。
[Abstract]:In this paper, a kind of full-bridge inverter soft-switching technology based on DE power amplifier. DE power amplifier is studied, which works in soft switching state, and can keep high efficiency at high working frequency. Moreover, the voltage stress of DE type power amplifier is low. The power device of traditional DE type power amplifier is MOSFET (Field effect Transistor), which is due to the fast switching speed and low loss of FET, and the operation frequency can reach MHz. However, the single transistor current of FET is small, so it is not suitable for high-power high-frequency power supply. In this paper, the induction heating technology is studied. The output power of the inverter is relatively large, and the IGBT with large capacity is chosen as the power device of the inverter. Therefore, the DE soft switching technology uses IGBT as the high-frequency high-power switch .DE power amplifier is based on the half-bridge inverter topology, while the DE full-bridge inverter is based on the full-bridge inverter topology. At the same operating frequency, the output power of this topology is increased by 2 times than that of DE type power amplifier, which provides a broad prospect for the study of high frequency and high power inverter power supply. In the heating process of induction heating power supply, the equivalent load in the resonant network changes with the change of heating environment, and the equivalent load is not constant. Under the condition of fixed resonant frequency of inverter and capacitance of parallel connection, the conditions of zero-voltage conversion (ZVS) and zero-voltage derivative conversion (ZDS) are realized by controlling the dead-time of driving signal. According to the characteristics of DE full-bridge inverter control strategy, the power regulation mode suitable for this inverter structure is the DC power regulation mode. Comparing the merits and demerits of the two DC power regulation modes, this paper chooses the DC chopper power modulation mode, and the DC chopper power modulation mode is a Buck constant current source rather than a voltage source. In order to verify the feasibility of DE full bridge inverter soft switch technology, an experimental prototype was made. The experimental prototype includes the front-stage Buck constant-current source and the backstage full-bridge inverter of DE class. The designed output power of the Buck constant-current source is 20kW, the switching frequency is 30kHz, and the output current regulation range is 50.50ADE full-bridge inverter design output power is 20kWN IGBT working frequency 60kHz. The adjustable duty cycle range of the driving signal is 0.25U 0.5. By observing sinusoidal current and voltage waveforms at both ends of IGBT in inverter circuit and referring to the theoretical analysis of full-bridge inverter of DE class, the experimental results show that DE soft switch can improve the frequency of IGBT and control the switching loss in an appropriate range.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM464

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本文編號(hào)：2220857