高頻感應(yīng)加熱電源是目前在工業(yè)制造領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用的加熱設(shè)備，其本身應(yīng)用了串聯(lián)諧振逆變器進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，加之具有高效、低功耗和清潔等多重優(yōu)勢(shì)，使這種感應(yīng)加熱電源在最近兩三年中得到了迅速的普及。那么，為什么高頻感應(yīng)加熱電源設(shè)備在進(jìn)行研發(fā)時(shí)，大部分工作人員會(huì)選擇使用串聯(lián)諧振逆變器呢？本文將會(huì)就這一問題進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹和分析。

 

作為高頻感應(yīng)加熱電源設(shè)備的重要組成部分，串聯(lián)諧振逆變器在工作中具有損耗低、工作適應(yīng)性良好等優(yōu)勢(shì)。這種逆變器在實(shí)際應(yīng)用中也被稱為電壓型逆變器，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的原理圖如圖1所示。在實(shí)際工作的過程中，串聯(lián)諧振型逆變器的輸出電壓為近似方波。由于電路工作在諧振頻率附近，使振蕩電路對(duì)于基波具有最小阻抗，所以負(fù)載電流ia近似正弦波。同時(shí)，為避免逆變器上、下橋臂間的直通，換流必須遵循先關(guān)斷后導(dǎo)通的原則，在關(guān)斷與導(dǎo)通間必須留有足夠的死區(qū)時(shí)間。下圖中的圖2和圖3分別示出容性負(fù)載和感性負(fù)載的輸出波形。

當(dāng)串聯(lián)諧振逆變器處于低端失諧狀態(tài)時(shí)，它的工作波形如上圖圖2所示。由圖2可以看到，當(dāng)電壓型逆變器工作在容性負(fù)載狀態(tài)時(shí)，輸出電流的相位超前于電壓相位，因此在負(fù)載電壓仍為正時(shí)，則電流先過零，上、下橋臂間的換流則從上、下橋臂的二極管換到下、上橋臂的MOSFET。此時(shí)，由于MOSFET寄生的反并聯(lián)二極管具有慢的反向恢復(fù)特性，因此使得在換流時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的反向恢復(fù)電流，從而會(huì)讓器件產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗，而且在二極管反向恢復(fù)電流迅速下降至零時(shí)，會(huì)在與MOSFET串聯(lián)的寄生電感中產(chǎn)生大的感生電勢(shì)，而使MOSFET受到很高電壓尖峰的沖擊。

 

在結(jié)束了串聯(lián)諧振型逆變器的容性負(fù)載工作狀態(tài)分析后，接下來我們?cè)賮砜匆幌庐?dāng)其處于感性負(fù)載狀態(tài)時(shí)的工作情況。當(dāng)電壓型逆變器工作在感性負(fù)載狀態(tài)時(shí)，它的工作波形見上圖圖3。從圖3中可以看到，此時(shí)輸出電流的相位滯后于電壓相位。在感性負(fù)載工作狀態(tài)下，電壓型逆變器的換流過程是這樣進(jìn)行的：首先當(dāng)上下橋臂的MOSFET關(guān)斷后，負(fù)載電流換至下上橋臂的反并聯(lián)的二極管中，在滯后一個(gè)死區(qū)時(shí)間后，下上橋臂的MOSFET加上開通脈沖等待電流自然過零后從二極管換至同橋臂的MOSFET。然而，由于MOSFET中的電流是從零開始上升的，因此此刻在電壓型逆變器中基本實(shí)現(xiàn)了零電流開通，其開關(guān)損耗很小。

 

此時(shí)需要注意的一個(gè)問題是，在該條件下工作的串聯(lián)諧振型逆變器，其本身的MOSFET關(guān)斷時(shí)電流尚未過零，因此仍會(huì)存在一定的關(guān)斷損耗。但是由于MOSFET關(guān)斷時(shí)間很短，預(yù)留的死區(qū)不長，加上因死區(qū)而必須的功率因數(shù)角并不大，所以適當(dāng)?shù)乜刂颇孀兤鞯墓ぷ黝l率并使之略高于負(fù)載電路的諧振頻率，就可以使上下橋臂的MOSFET向下上橋臂的反并聯(lián)的二極管換流。在進(jìn)行該種操作的同時(shí)，其瞬間電流也是很小的，即MOSFET關(guān)斷和反并聯(lián)二極管開通是在小電流下發(fā)生的，這樣也限制了器件的關(guān)斷損耗。

 

從上文中我們對(duì)串聯(lián)諧振型逆變器的分析來看，在進(jìn)行合理設(shè)置的前提下，這種電壓型逆變器正常運(yùn)行時(shí)所造成的開關(guān)損耗很小。因此，它可以工作在較高的工作頻率下。這也是為什么高頻感應(yīng)加熱電源在設(shè)計(jì)時(shí)更多的會(huì)選擇電壓型逆變器的主要原因之一。