新型高頻電磁加熱熱水器的研究與設(shè)計(jì)

V_in=V_ACsinωt，ω為工頻下的角頻率。

該電路的輸出功率為:

P_out=×cosθ_n （7）

式中：V_s2為開關(guān)管電壓；

i_L為負(fù)載電流

2.2 控制方法及實(shí)現(xiàn)

該控制電路的框圖如圖3所示。

圖3 電路控制框圖

開機(jī)信號經(jīng)過RC緩沖后輸入到壓控振蕩器（VCO）的輸入端，輸出信號經(jīng)分頻后經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對MOSFET的控制，為降低成本，該電路采用單一頻率，電壓、電流開環(huán)控制，而通過加熱水溫度的反饋控制起停。為了減少開機(jī)時(shí)對MOSFET的沖擊，采用了RC緩沖軟啟動(dòng)電路，以掃頻的方式實(shí)現(xiàn)開機(jī)時(shí)功率的逐步增加。

2.3 輸入濾波器的設(shè)計(jì)

通常輸入濾波器采用大電容或大電感使逆變器的輸入電壓或電流變成直流，但這種設(shè)計(jì)也帶來了很多的問題，例如：逆變器輸入功率因數(shù)很差，同時(shí)逆變器電路的諧波對電網(wǎng)的干擾也成為一個(gè)不可忽略的因素。為了減小電路對電網(wǎng)的諧波污染，改善逆變器的功率因數(shù)，該電路采用了LC濾波的方式，使電路產(chǎn)生的諧波降到最低，同時(shí)使輸入電壓和電流的包絡(luò)線同相，從而使負(fù)載側(cè)功率因數(shù)接近為1。

圖4（a）是采用大電容濾波時(shí)輸入電流的波形。由圖可見，只有當(dāng)整流后的電壓大于電容上的電壓時(shí)，電網(wǎng)才會(huì)向逆變器輸入功率。圖4（b）采用的是LC濾波，輸入電流近似于正弦波，高次諧波明顯減少。圖4（c）是兩種情況下輸入電流諧波的比較，白色是采用電容濾波，黑色是LC濾波。由圖4可見，采用LC濾波的效果明顯好于單一電容濾波。

(a) 大電容濾波時(shí)輸入電流波形 (b) LC濾波時(shí)輸入電流波形

(c) 兩種濾波方式下的諧波頻譜比較

圖4 輸入電流及諧波分析

在濾波電感的設(shè)計(jì)中，由式（8）可知，

AP= （8）

電感磁芯體積的大小與通過電感的電流成正比。為了減小濾波電感的體積，采用了無氣隙環(huán)形磁芯的飽和電感，當(dāng)主電路電流超過一定值時(shí)，電感磁芯飽和，電路中只剩下電容濾波。飽和電感電感值與電流的關(guān)系由式（9）～式（12）給出。

L=NS （9）

B=f(H) （10）

H_l=NI （11）

L= （12）

仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明，采用飽和電感后輸入電流的諧波有所增加，但整流二極管和開關(guān)管上的電流和電壓值沒有太大的變化，電感的體積減小了很多，仿真結(jié)果如圖5所示。

(a) 輸入電流 (b) 負(fù)載電流

圖5 采用飽和電感后的波形