新型Buck-Boost變換器在感應加熱電源中的應用

摘要：針對傳統感應加熱電源中直流斬波環節開關損耗大、調壓范圍窄的缺點，提出一種新型的Buck-Boost軟斬波電路，通過增加輔助開關管和諧振元件實現了主開關、輔助開關和主續流二極管的軟開通和軟關斷。這里以180 kHz高頻感應加熱電源為研究對象，逆變側采用基于IGBT倍頻的單相橋式逆變電路，使輸出頻率為逆變器頻率的兩倍，逆變器輸出匹配串聯諧振負載。此處詳細分析了新拓撲結構的工作過程，并通過實驗證明了分析和設計的正確性和可行性。
關鍵詞：變換器；感應加熱電源；軟開關；倍頻

1 引言
感應加熱因具有加熱效率高，速度快，非接觸式加熱等優點，故應用范圍越來越廣。其輸出功率主要是通過改變逆變器的輸入直流電壓進行調節的。改變逆變器的輸入電壓有兩種方法：可控整流和斬波調壓。現在大部分感應加熱電源都采用直流斬波調功，該方式具有功率因數高、電壓動態響應快、保護容易等優點，但傳統斬波功率器件都工作在大電流硬開關狀態，增加了開關損耗，降低了電源效率。為進一步提高電源頻率和效率，要求斬波調功電路能實現軟開關。近年來，國內外在軟斬波研究方面都提出了新的方法，較為成熟的技術大都集中在Buck和Boost的研究，但調壓范圍有限。故此處提出一種新型的Buck-Boost軟開關變換器，能夠在較寬范圍內實現軟開關。
采用IGBT并聯倍頻的控制方法可提高逆變器開關頻率。此處設計采用兩組IGBT并聯的逆變器，匹配串聯諧振負載，采用分時控制策略，實現逆變器倍頻輸出。由于數字式電路控制精確，軟件設計靈活，整個控制系統簡單、可靠。因此，這里采用TMS320F2812型DSP和EPM1270GT 144C5型CPLD相結合的數字控制電路實現頻率跟蹤、開關管驅動以及各種保護功能。

2 主電路結構與工作原理
以180 kHz高頻感應加熱電源為研究對象，其主電路如圖1所示。主電路由三相橋式不控整流、直流斬波和逆變電路3部分組成。

三相交流電經三相不控整流橋VD1’變成脈動的直流電，輸出給Buck-Boost軟斬波變換器進行功率調節，再經過濾波電容Cd對電壓平滑濾波后，因Buck-Boost是反向變換器，所以接逆變器要反向，逆變輸出向串聯諧振負載提供高頻電能。