CN105472804B - 一种并联感应加热电源逆变反馈电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及感应加热电源技术领域，公开一种并联感应加热电源逆变反馈电路及方法，该方法采用的电路包括：分压电路、电压跟随限幅电路，所述与LC并联谐振回路连接的分压电路与电压跟随限幅电路相连，电压跟随限幅电路的输出端一路通过正弦电压放大限幅整形电路与频率反馈输出电路相连，其另一路通过正弦电压整流滤波放大电路、电压‑频率转换电路与电压反馈输出电路相连。本发明适用于大于100kW的并联谐振感应加热电源，克服了工件在加热的过程中温度接近或达到居里点，磁特性会发生变化，而改变LC并联电路的谐振频率，导致功率因数降低的问题，避免了电路失谐，产生大电流损毁IGBT等主要元器件的发生，保证了感应加热电源的正常工作。

Description

一种并联感应加热电源逆变反馈电路及方法

技术领域

本发明涉及感应加热电源技术领域，尤其涉及一种并联感应加热电源逆变反馈电路及方法。

背景技术

目前，感应加热电源的 0-500V直流电压由三相全控整流电路得到，经平波电抗器L1、L2送至由四个绝缘栅双极型晶体管（IGBT）V1、V2、V3、V4构成的逆变桥，逆变桥V1、V2和V3、V4在主控电路发出的触发脉冲的作用下交替导通，脉冲的频率受到主控电路的控制。而工件在加热的过程中，由于温度接近或达到居里点，磁特性会发生变化，从而改变LC并联电路的谐振频率，导致功率因数降低，电路失谐，产生大电流，有可能会导致IGBT等主要元器件损毁。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种并联感应加热电源逆变反馈电路及方法。该逆变反馈电路用于设计容量大于100kW的并联谐振感应加热电源，是保证感应加热电源正常工作的重要组成电路。

为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案如下：

一种并联感应加热电源逆变反馈电路，包括：分压电路、电压跟随限幅电路、正弦电压放大限幅整形电路、频率反馈输出电路、正弦电压整流滤波放大电路、电压-频率转换电路、电压反馈输出电路，所述与LC并联谐振回路连接的分压电路与电压跟随限幅电路相连，电压跟随限幅电路的输出端一路通过正弦电压放大限幅整形电路与频率反馈输出电路相连，电压跟随限幅电路的输出端另一路通过正弦电压整流滤波放大电路、电压-频率转换电路与电压反馈输出电路相连。

一种并联感应加热电源逆变反馈电路，所述分压电路由电阻R6、R7、R8、R9与并联连接的电阻R30、R31 串联构成，且电阻R30与R31 并联的非接地端设置有接口J7。

一种并联感应加热电源逆变反馈电路，所述电压跟踪限幅线路由集成电路U6（LM318）与二极管D9、D14及电阻R10、R32电连接构成。

一种并联感应加热电源逆变反馈电路，所述正弦电压放大限幅整形电路由集成电路U7（LM318）与集成电路U8（LM319）串联组成，输出端通过二极管D913与接口J9相连。

一种并联感应加热电源逆变反馈电路，所述频率反馈输出电路由集成电路U5B(SN75451)通过+5V上拉电阻R5(51Ω)的与光纤发送装置TX1（HFBR-1531）电连接构成。

一种并联感应加热电源逆变反馈电路，所述正弦电压整流滤波放大电路由两级的串联集成电路U9A、集成电路U9B（LM319）与两级的串联集成电路U9C、集成电路U9D（LM319）串联组成。

一种用于并联感应加热电源的逆变反馈方法，采用与主控电路光纤连接的逆变反馈电路反馈，降低电磁干扰，其具体步骤如下：

1)、连接逆变反馈电路，逆变反馈电路的输入端采样点设在LC并联谐振回路两端，采样到的信号是一个正弦波，包括逆变电压和逆变频率两个信号，将采集到的电压、频率信号送至逆变反馈电路的分压电路，在接口J7获得一个交流正弦电压：0-5V；

2)、当工件由于温度变化引起导磁率发生变化时，引起LC并联电路参数发生变化，由反馈电路将这种变化采集到，控制主控电路跟随负载的变化，产生相应的与负载相匹配的频率脉冲；

3)、接口J7交流正弦电压送至电压跟踪限幅线路，该电路将输入电压大小不变的送至下一级，起到隔离缓冲的作用，输出信号仍为正弦波；D9、D14还起到抑制大于+15V或小于-15V脉冲的作用；

4)、然后电压跟踪限幅线路U6的6号引脚输出的正弦波信号分为两路，一路经R12送至正弦电压放大限幅整形电路，用来向主控电路反馈逆变频率信号，使主控电路中实现频率的自动调整；即进入由U7（LM318）、R12、R13、R15、D7、D8构成的反向比例放大限幅电路；

当信号较弱时，U7、R12、R15对信号进行放大输出；

当信号较强时，U7（LM318）、R12、R15、D7、D8对信号进行限幅输出，输出信号限制在-0.7V至+0.7V之间，将正弦波整成矩形波。

然后信号送至由U8A（LM319）、R17、R19构成的滞回比较器，提高抗干扰能力；

再经R22（510Ω）上拉至+5V，经D13（1N4148）、R23变成0至+5V的单极性信号；

再经频率反馈输出电路U5B(SN75451)、R5(51Ω)的+5V上拉，送至光纤发送端TX1（HFBR-1531），用以反馈逆变频率信号；

5)、电压跟踪限幅线路U6的6号引脚输出的正弦波信号另一路，经R33送至正弦电压整流滤波放大电路，即进入由U9A（TL084）、R33、R34、R11、R14、R16、D10、D11、R18、RP1、R35构成的运放精密全波整流电路，将正弦波信号变成直流电压，同时在电阻R18、RP1上并联C15，完成滤波功能；

然后将直流电压送至由R20、R21、R36、RP4、R24构成反相求和电路，叠加一个由RP4产生的偏置电压，从U9C的8脚输出；

再将信号送到由U9D（TL084）R37、R38、R25构成的反相比例电路，从U9D的14脚输出，送到由AD650构成的电压-频率转换电路；所述的AD650电压-频率转换电路，将U9D的14脚送来的信号转换为频率信号；输入电压越高，AD650的8脚输出的矩形波频率就越高，频率和电压呈线性变化；最终频率信号经U5A（SN75451）、R28(51Ω)的+5V上拉，送至光纤发送端TX2（HFBR-1531），用以反馈逆变电压信号；

上逆变电压信号，在主控电路中具有实现：a、自激他激切换，b、功率计算， c、恒电压控制，d4、频率超限报警功能。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

一种并联感应加热电源逆变反馈电路及方法，主要用于设计容量大于100kW的并联谐振感应加热电源，是保证感应加热电源正常工作的重要组成电路。克服了工件在加热的过程中，由于温度接近或达到居里点，磁特性会发生变化，从而改变LC并联电路的谐振频率，导致功率因数降低的问题，避免了电路失谐，产生大电流损毁IGBT等主要元器件的发生。

【附图说明】

图1为并联谐振感应加热电源逆变反馈电路所处位置的示意图；

图2 为分压电路的原理图；

图3 为电压跟随限幅电路的原理图；

图4 为正弦电压放大限幅整形电路的原理图；

图5 为频率反馈输出电路的原理图；

图6 为正弦电压整流滤波放大电路的原理图；

图7 为电压-频率转换电路的原理图；

图8 为电压反馈输出电路的原理图；

【具体实施方式】

如图1、2、3、4、5、6、7、8所示，一种并联感应加热电源逆变反馈电路，包括：分压电路、电压跟随限幅电路、正弦电压放大限幅整形电路、频率反馈输出电路、正弦电压整流滤波放大电路、电压-频率转换电路、电压反馈输出电路，所述与LC并联谐振回路连接的分压电路与电压跟随限幅电路相连，电压跟随限幅电路的输出端一路通过正弦电压放大限幅整形电路与频率反馈输出电路相连，电压跟随限幅电路的输出端另一路通过正弦电压整流滤波放大电路、电压-频率转换电路与电压反馈输出电路相连。

所述分压电路由电阻R6、R7、R8、R9与并联连接的电阻R30、R31 串联构成，且电阻R30与R31 并联的非接地端设置有接口J7。

所述电压跟踪限幅线路由集成电路U6（LM318）与二极管D9、D14及电阻R10、R32电连接构成。

所述正弦电压放大限幅整形电路由集成电路U7（LM318）与集成电路U8（LM319）串联组成，输出端通过二极管D913与接口J9相连。

所述频率反馈输出电路由集成电路U5B(SN75451)通过+5V上拉电阻R5(51Ω)的与光纤发送装置TX1（HFBR-1531）电连接构成。

所述正弦电压整流滤波放大电路由两级的串联集成电路U9A、集成电路U9B（LM319）与两级的串联集成电路U9C、集成电路U9D（LM319）串联组成。

一种用于并联感应加热电源的逆变反馈方法，采用与主控电路光纤连接的逆变反馈电路反馈，降低电磁干扰，其具体步骤如下：

1)、连接逆变反馈电路，逆变反馈电路的输入端采样点设在LC并联谐振回路两端，采样到的信号是一个正弦波，包括逆变电压和逆变频率两个信号，将采集到的电压、频率信号送至逆变反馈电路的分压电路，在接口J7获得一个交流正弦电压：0-5V；

2)、当工件由于温度变化引起导磁率发生变化时，引起LC并联电路参数发生变化，由反馈电路将这种变化采集到，控制主控电路跟随负载的变化，产生相应的与负载相匹配的频率脉冲；

3)、接口J7交流正弦电压送至电压跟踪限幅线路，该电路将输入电压大小不变的送至下一级，起到隔离缓冲的作用，输出信号仍为正弦波；D9、D14还起到抑制大于+15V或小于-15V脉冲的作用；

4)、然后电压跟踪限幅线路U6的6号引脚输出的正弦波信号分为两路，一路经R12送至正弦电压放大限幅整形电路，用来向主控电路反馈逆变频率信号，使主控电路中实现频率的自动调整；即进入由U7（LM318）、R12、R13、R15、D7、D8构成的反向比例放大限幅电路；

当信号较弱时，U7、R12、R15对信号进行放大输出；当信号较强时，U7（LM318）、R12、R15、D7、D8对信号进行限幅输出，输出信号限制在-0.7V至+0.7V之间，将正弦波整成矩形波。

然后信号送至由U8A（LM319）、R17、R19构成的滞回比较器，提高抗干扰能力；再经R22（510Ω）上拉至+5V，经D13（1N4148）、R23变成0至+5V的单极性信号；再经频率反馈输出电路U5B(SN75451)、R5(51Ω)的+5V上拉，送至光纤发送端TX1（HFBR-1531），用以反馈逆变频率信号；

5)、电压跟踪限幅线路U6的6号引脚输出的正弦波信号另一路，经R33送至正弦电压整流滤波放大电路，即进入由U9A（TL084）、R33、R34、R11、R14、R16、D10、D11、R18、RP1、R35构成的运放精密全波整流电路，将正弦波信号变成直流电压，同时在电阻R18、RP1上并联C15，完成滤波功能；

然后将直流电压送至由R20、R21、R36、RP4、R24构成反相求和电路，叠加一个由RP4产生的偏置电压，从U9C的8脚输出；

再将信号送到由U9D（TL084）R37、R38、R25构成的反相比例电路，从U9D的14脚输出，送到由AD650构成的电压-频率转换电路；所述的AD650电压-频率转换电路，将U9D的14脚送来的信号转换为频率信号；输入电压越高，AD650的8脚输出的矩形波频率就越高，频率和电压呈线性变化；最终频率信号经U5A（SN75451）、R28(51Ω)的+5V上拉，送至光纤发送端TX2（HFBR-1531），用以反馈逆变电压信号；

上逆变电压信号，在主控电路中具有实现：a、自激他激切换，b、功率计算， c、恒电压控制，d4、频率超限报警功能。

工作时，并联感应加热电源的0-500V直流电压由三相全控整流电路得到，经平波电抗器L1、L2送至由四个绝缘栅双极型晶体管（IGBT）V1、V2、V3、V4构成的逆变桥，V1、V2和V3、V4在主控电路发出的触发脉冲的作用下交替导通，脉冲的频率受到主控电路的控制。而工件在加热的过程中，由于温度接近或达到居里点，磁特性会发生变化，从而改变LC并联电路的谐振频率，导致功率因数降低，电路失谐，产生大电流，有可能会导致IGBT等主要元器件损毁。因而设置一个逆变反馈电路，当工件的特性发生变化时，引起LC并联电路参数发生变化，由反馈电路将这种变化采集到，控制主控电路跟随负载的变化，产生相应的与负载相匹配的频率脉冲。为了降低电磁干扰，逆变反馈电路和主控电路之间采用光纤连接。

采样点设在LC并联谐振回路两端，采样到的信号是一个正弦波，包括逆变电压和逆变频率两个信号，将采集到的电压、频率信号送至逆变反馈电路。经电阻R6、R7、R8、R9、以及R30和R31在J7获得一个较低的交流正弦电压（约0-5V）。

电压送至由U6（LM318）、D9、D14、R10、R32构成的电压跟踪限幅线路，如图3所示。该电路将输入电压大小不变的送至下一级，起到隔离缓冲的作用，输出信号仍为正弦波。D9、D14还起到抑制大于+15V或小于-15V脉冲的作用。

然后U6的6号引脚输出的正弦波信号分为两路，一路经R12送至图4所示的正弦电压放大限幅整形电路，用来向主控电路反馈逆变频率信号。在主控电路中实现频率的自动调整。另一路经R33送至正弦电压整流滤波放大电路，如图6所示。逆变电压信号，在主控电路中实现1、自激他激切换，2、功率计算， 3、恒电压控制，4、频率超限报警等功能。

正弦波信号一路送至R12的左边，进入由U7（LM318）、R12、R13、R15、D7、D8构成的反向比例放大限幅电路。当信号较弱时，U7、R12、R15对信号进行放大输出；当信号较强时，U7（LM318）、R12、R15、D7、D8对信号进行限幅输出，输出信号限制在-0.7V至+0.7V之间，将正弦波整成矩形波。然后信号送至由U8A（LM319）、R17、R19构成的滞回比较器，提高抗干扰能力。再经R22（510Ω）上拉至+5V，经D13（1N4148）、R23变成0至+5V的单极性信号。再经U5B(SN75451)、R5(51Ω)的+5V上拉，送至光纤发送端TX1（HFBR-1531）。用以反馈逆变频率信号。

正弦波信号一路送至R33的左边，进入由U9A（TL084）、R33、R34、R11、R14、R16、D10、D11、R18、RP1、R35构成的运放精密全波整流电路，将正弦波信号变成直流电压。同时在R18、RP1上并联C15，完成滤波功能。然后将直流电压送至由R20、R21、R36、RP4、R24构成反相求和电路，叠加一个由RP4产生的偏置电压，从U9C的8脚输出。再将信号送到由U9D（TL084）R37、R38、R25构成的反相比例电路，从U9D的14脚输出，送到由AD650构成的频压-压频转换电路。这里使用的是AD650的电压-频率转换功能，将U9D的14脚送来的信号转换为频率信号。输入电压越高AD650的8脚输出的矩形波频率就越高。频率和电压呈线性变化。最终频率信号经U5A（SN75451）、R28(51Ω)的+5V上拉，送至光纤发送端TX2（HFBR-1531），用以反馈逆变电压信号。

Claims (7)

1.一种并联感应加热电源逆变反馈电路，其特征是：包括：分压电路、电压跟随限幅电路、正弦电压放大限幅整形电路、频率反馈输出电路、正弦电压整流滤波放大电路、电压-频率转换电路、电压反馈输出电路，所述与LC并联谐振回路连接的分压电路与电压跟随限幅电路相连，电压跟随限幅电路的输出端一路通过正弦电压放大限幅整形电路与频率反馈输出电路相连，电压跟随限幅电路的输出端另一路通过正弦电压整流滤波放大电路、电压-频率转换电路与电压反馈输出电路相连。

2.根据权利要求1所述的一种并联感应加热电源逆变反馈电路，其特征是：所述分压电路由电阻R6、R7、R8、R9与并联连接的电阻R30、R31 串联构成，且电阻R30与R31 并联的非接地端设置有接口J7。

3.根据权利要求1所述的一种并联感应加热电源逆变反馈电路，其特征是：所述电压跟踪限幅电 路由集成电路U6的型号LM318与二极管D9、D14及电阻R10、R32电连接构成。

4.根据权利要求1所述的一种并联感应加热电源逆变反馈电路，其特征是：所述正弦电压放大限幅整形电路由集成电路U7的型号LM318与集成电路U8的型号LM319串联组成，输出端通过二极管D913与接口J9相连。

5.根据权利要求1所述的一种并联感应加热电源逆变反馈电路，其特征是：所述频率反馈输出电路由集成电路U5B的型号SN75451通过+5V上拉电阻R5的型号51Ω的与光纤发送装置TX1的型号HFBR-1531电连接构成。

6.根据权利要求1所述的一种并联感应加热电源逆变反馈电路，其特征是：所述正弦电压整流滤波放大电路由两级的串联集成电路U9A、集成电路U9B的型号LM319与两级的串联集成电路U9C、集成电路U9D的型号LM319串联组成。

7.一种用于并联感应加热电源的逆变反馈方法，其特征是：采用与主控电路光纤连接的逆变反馈电路反馈，降低电磁干扰，其具体步骤如下：

1)、连接逆变反馈电路，逆变反馈电路的输入端采样点设在LC并联谐振回路两端，采样到的信号是一个正弦波，包括逆变电压和逆变频率两个信号，将采集到的电压、频率信号送至逆变反馈电路的分压电路，在接口J7获得一个交流正弦电压：0-5V；

2)、当工件由于温度变化引起导磁率发生变化时，引起LC并联电路参数发生变化，由反馈电路将这种变化采集到，控制主控电路跟随负载的变化，产生相应的与负载相匹配的频率脉冲；

3)、接口J7交流正弦电压送至电压跟踪限幅电 路，该电路将输入电压大小不变的送至下一级，起到隔离缓冲的作用，输出信号仍为正弦波；D9、D14还起到抑制大于+15V或小于-15V脉冲的作用；

4)、然后电压跟踪限幅电 路U6的6号引脚输出的正弦波信号分为两路，一路经R12送至正弦电压放大限幅整形电路，用来向主控电路反馈逆变频率信号，使主控电路中实现频率的自动调整；即进入由U7的型号LM318、R12、R13、R15、D7、D8构成的反向比例放大限幅电路；

当信号较弱时，U7、R12、R15对信号进行放大输出；

当信号较强时，U7的型号LM318、R12、R15、D7、D8对信号进行限幅输出，输出信号限制在-0.7V至+0.7V之间，将正弦波整成矩形波；

然后信号送至由U8A的型号LM319、R17、R19构成的滞回比较器，提高抗干扰能力；

再经R22的型号510Ω上拉至+5V，经D13的型号1N4148、R23变成0至+5V的单极性信号；

再经频率反馈输出电路U5B的型号SN75451、R5的型号51Ω的+5V上拉，送至光纤发送端TX1的型号HFBR-1531，用以反馈逆变频率信号；

5)、电压跟踪限幅电 路U6的6号引脚输出的正弦波信号另一路，经R33送至正弦电压整流滤波放大电路，即进入由U9A的型号TL084、R33、R34、R11、R14、R16、D10、D11、R18、RP1、R35构成的运放精密全波整流电路，将正弦波信号变成直流电压，同时在电阻R18、RP1上并联C15，完成滤波功能；

然后将直流电压送至由R20、R21、R36、RP4、R24构成反相求和电路，叠加一个由RP4产生的偏置电压，从U9C的8脚输出；

再将信号送到由U9D的型号TL084、电阻R37、R38、R25构成的反相比例电路，从U9D的14脚输出，送到由AD650构成的电压-频率转换电路；所述的AD650电压-频率转换电路，将U9D的14脚送来的信号转换为频率信号；输入电压越高，AD650的8脚输出的矩形波频率就越高，频率和电压呈线性变化；最终频率信号经U5A的型号SN75451、R28的型号51Ω的+5V上拉，送至光纤发送端TX2的型号HFBR-1531，用以反馈逆变电压信号；

上逆变电压信号，在主控电路中具有实现：a、自激他激切换，b、功率计算， c、恒电压控制，d4、频率超限报警功能。