CN112436729B - 一种基于谐振式dc-dc变换器调功的感应加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于谐振式DC‑DC变换器调功的感应加热装置,属于金属锻造辅助设备及其控制技术领域。所述感应加热装置包括低频整流滤波电路、谐振式DC‑DC变换电路、高频逆变电路和加热线圈与谐振补偿电路;所述低频整流滤波电路、谐振式DC‑DC变换电路、高频逆变电路和加热线圈与谐振补偿电路的电信号输入、输出端依次对应相连。所述感应加热装置具有实现系统效率最大化,损耗最小化,功率密度最大化的特点。

Description

一种基于谐振式DC-DC变换器调功的感应加热装置
技术领域
本发明涉及一种基于谐振式DC-DC变换器调功的感应加热装置,属于金属锻造辅助设备及其控制技术领域。
背景技术
感应加热装置常被用于与金属锻造加工过程中,而目前,感应加热设备使用的电路拓扑均存在内部开关器件损耗大的问题,导致系统效率低下,设备发热严重等问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题提供一种基于谐振式DC-DC变换器调功的感应加热装置,实现装置内部所有开关器件均工作在软开关状态,降低系统损耗及发热量,提升装置功率密度,提升系统效率。所采取的技术方案如下:
一种基于谐振式DC-DC变换器调功的感应加热装置,所述感应加热装置包括低频整流滤波电路、谐振式DC-DC变换电路、高频逆变电路和加热线圈与谐振补偿电路;所述低频整流滤波电路、谐振式DC-DC变换电路、高频逆变电路和加热线圈与谐振补偿电路的电信号输入、输出端依次对应相连;
低频整流电路,为后续的谐振式DC-DC变换电路、高频逆变电路和加热线圈与谐振补偿电路提供三相380V的低频交流电整流至514V的直流电源;
谐振式DC-DC电路,通过调节输出电压来调节高频逆变电路的输出电流;
高频逆变电路,完成直流-高频交流的操作后将高频交流电供给加热线圈与谐振补偿电路。
进一步地,所述谐振式DC-DC变换电路包括IGBT S1、IGBT S2、电容C2、电容C3、谐振电感L1、谐振电容C4、电阻R1和电阻R2;其中,IGBT S1、IGBT S2、电容C2、电容C3、电阻R1和电阻R2构成半桥逆变结构,所述半桥逆变结构通过调节频率和操作频率来调节谐振电容C4上的输出电压,达到DC-DC电路输出调压的目的。
进一步地,所述半桥逆变结构的操作频率始终高于谐振电感L1和谐振电容C4。
进一步地,所述高频逆变电路包括IGBT S3、IGBT S4、IGBT S5和IGBT S6;所述IGBT S3、IGBT S4、IGBT S5和IGBT S6构成半桥逆变结构,所述半桥逆变结构的操作频率高于加热线圈与谐振补偿电路电路中的电容C6和电感L2组成的谐振电路的自谐振频率。
进一步地,所述感应加热装置还包括信号检测及控制系统;所述信号检测及控制系统包括霍尔电流传感器一、霍尔电压传感器一、霍尔电流传感器二、信号处理电路、控制器和IGBT驱动器;所述霍尔电流传感器一设置于谐振电感L1的串联电路上;所述霍尔电压传感器一设置于谐振电容C1并联电路上;所述霍尔电流传感器二设置于加热线圈与谐振补偿电路电路上;所述控制器通过IGBT驱动器驱动对谐振式DC-DC变换电路和高频逆变电路中的IGBT进行驱动;所述霍尔电流传感器一、霍尔电压传感器一和霍尔电流传感器二所采集的信号经过信号处理电路输出至控制器中。
进一步地,所述所述信号处理电路包括相位检测电路一、过流检测电路、压检测电路、相位检测电路二和RMS转换电路;所述霍尔电流传感器一的信号输入至相位检测电路一和过流检测电路,所述相位检测电路一和过流检测电路将检测数据发送至控制器中;所述霍尔电压传感器一的信号输入至过压检测电路中,所述过压监测电路将所检测到的数据发送至控制器中;所述霍尔电流传感器二的信号输入至相位检测电路二和RMS转换电路;所述相位检测电路二和RMS转换电路的数据输入至控制器中
进一步地,所述相位检测电路一检测i1与PWM1信号的相位,保证DC-DC变换器的操作频率高于其谐振拓扑的自谐振频率。
进一步地,所述相位检测电路二检测i2与PWM3信号的相位,保证输出逆变电路的操作频率略高于其谐振拓扑的自谐振频率。
进一步地,i2通过RMS转换电路将输出电流有效值送入控制器,通过调节DC-DC变换器的操作频率完成输出电流的调节。
本发明有益效果:
1、本发明实现了整备开关器件软开关操作。
2、实现系统效率最大化,损耗最小化,功率密度最大化。
3、本发明解决了感应加热系统损耗过大,系统发热严重等问题,为感应加热行业能源绿色化进程解决了关键的技术问题。
附图说明
图1为主电路结构示意图;
图2为系统检测及控制电路结构示意图;
图3为系统控制算法结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明,但本发明不受实施例的限制。
实施例1:
一种基于谐振式DC-DC变换器调功的感应加热装置,如图1至图3所示,所述感应加热装置包括低频整流滤波电路、谐振式DC-DC变换电路、高频逆变电路和加热线圈与谐振补偿电路;所述低频整流滤波电路、谐振式DC-DC变换电路、高频逆变电路和加热线圈与谐振补偿电路的电信号输入、输出端依次对应相连;
低频整流电路,为后续的谐振式DC-DC变换电路、高频逆变电路和加热线圈与谐振补偿电路提供三相380V的低频交流电整流至514V的直流电源;
谐振式DC-DC电路,通过调节输出电压来调节高频逆变电路的输出电流;
高频逆变电路,完成直流-高频交流的操作后将高频交流电供给加热线圈与谐振补偿电路。
所述谐振式DC-DC变换电路包括IGBT S1、IGBT S2、电容C2、电容C3、谐振电感L1、谐振电容C4、电阻R1和电阻R2;其中,IGBT S1、IGBT S2、电容C2、电容C3、电阻R1和电阻R2构成半桥逆变结构,所述半桥逆变结构通过调节频率和操作频率来调节谐振电容C4上的输出电压,达到DC-DC电路输出调压的目的。其中,所述半桥逆变结构的操作频率始终高于谐振电感L1和谐振电容C4。
所述高频逆变电路包括IGBT S3、IGBT S4、IGBT S5和IGBT S6;所述IGBT S3、IGBTS4、IGBT S5和IGBT S6构成半桥逆变结构,所述半桥逆变结构的操作频率高于加热线圈与谐振补偿电路电路中的电容C6和电感L2组成的谐振电路的自谐振频率。
所述感应加热装置还包括信号检测及控制系统;所述信号检测及控制系统包括霍尔电流传感器一、霍尔电压传感器一、霍尔电流传感器二、信号处理电路、控制器和IGBT驱动器;所述霍尔电流传感器一设置于谐振电感L1的串联电路上;所述霍尔电压传感器一设置于谐振电容C1并联电路上;所述霍尔电流传感器二设置于加热线圈与谐振补偿电路电路上;所述控制器通过IGBT驱动器驱动对谐振式DC-DC变换电路和高频逆变电路中的IGBT进行驱动;所述霍尔电流传感器一、霍尔电压传感器一和霍尔电流传感器二所采集的信号经过信号处理电路输出至控制器中。
所述信号处理电路包括相位检测电路一、过流检测电路、压检测电路、相位检测电路二和RMS转换电路;所述霍尔电流传感器一的信号输入至相位检测电路一和过流检测电路,所述相位检测电路一和过流检测电路将检测数据发送至控制器中;所述霍尔电压传感器一的信号输入至过压检测电路中,所述过压监测电路将所检测到的数据发送至控制器中;所述霍尔电流传感器二的信号输入至相位检测电路二和RMS转换电路;所述相位检测电路二和RMS转换电路的数据输入至控制器中
所述相位检测电路一检测i1与PWM1信号的相位,保证DC-DC变换器的操作频率高于其谐振拓扑的自谐振频率。所述相位检测电路二检测i2与PWM3信号的相位,保证输出逆变电路的操作频率略高于其谐振拓扑的自谐振频率。i2通过RMS转换电路将输出电流有效值送入控制器,通过调节DC-DC变换器的操作频率完成输出电流的调节。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做各种改动和修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (2)

1.一种基于谐振式DC-DC变换器调功的感应加热装置,其特征在于,所述感应加热装置包括低频整流滤波电路、谐振式DC-DC变换电路、高频逆变电路和加热线圈与谐振补偿电路;所述低频整流滤波电路、谐振式DC-DC变换电路、高频逆变电路和加热线圈与谐振补偿电路的电信号输入、输出端依次对应相连;
低频整流电路,为后续的谐振式DC-DC变换电路、高频逆变电路和加热线圈与谐振补偿电路提供三相380V的低频交流电整流至514V的直流电源;
谐振式DC-DC电路,通过调节输出电压来调节高频逆变电路的输出电流;
高频逆变电路,完成直流-高频交流的操作后将高频交流电供给加热线圈与谐振补偿电路;
所述感应加热装置还包括信号检测及控制系统;所述信号检测及控制系统包括霍尔电流传感器一、霍尔电压传感器一、霍尔电流传感器二、信号处理电路、控制器和IGBT驱动器;所述霍尔电流传感器一设置于谐振电感L1的串联电路上;所述霍尔电压传感器一设置于谐振电容C1并联电路上;所述霍尔电流传感器二设置于加热线圈与谐振补偿电路电路上;所述控制器通过IGBT驱动器驱动对谐振式DC-DC变换电路和高频逆变电路中的IGBT进行驱动;所述霍尔电流传感器一、霍尔电压传感器一和霍尔电流传感器二所采集的信号经过信号处理电路输出至控制器中;
所述信号处理电路包括相位检测电路一、过流检测电路、过压检测电路、相位检测电路二和RMS转换电路;所述霍尔电流传感器一的信号输入至相位检测电路一和过流检测电路,所述相位检测电路一和过流检测电路将检测数据发送至控制器中;所述霍尔电压传感器一的信号输入至过压检测电路中,所述过压检测电路将所检测到的数据发送至控制器中;所述霍尔电流传感器二的信号输入至相位检测电路二和RMS转换电路;所述相位检测电路二和RMS转换电路的数据输入至控制器中;
所述谐振式DC-DC变换电路包括IGBT S1、IGBT S2、电容C2、电容C3、谐振电感L1、谐振电容C4、电阻R1和电阻R2;其中,IGBT S1、IGBT S2、电容C2、电容C3、电阻R1和电阻R2构成半桥逆变结构,所述半桥逆变结构通过调节频率和操作频率来调节谐振电容C4上的输出电压,达到DC-DC电路输出调压的目的;所述谐振式DC-DC变换电路还包括:整流电路, 谐振电容C4的两端作为所述整流电路的输入端,所述整流电路的输出端作为所述谐振式 DC-DC变换电路的输出端,其中,所述半桥逆变结构的操作频率始终高于谐振电感L1和谐振电容C4的自谐振频率;
所述高频逆变电路包括IGBT S3、IGBT S4、IGBT S5和IGBT S6;所述IGBT S3、IGBTS4、IGBT S5和IGBT S6构成全桥逆变结构,所述全桥逆变结构的操作频率高于加热线圈与谐振补偿电路电路中的电容C6和电感L2组成的谐振电路的自谐振频率;
所述的相位检测电路一检测i1与PWM1信号的相位,保证DC-DC变换器的操作频率高于其谐振拓扑的自谐振频率;
所述的相位检测电路二检测i2与PWM3信号的相位,保证输出逆变电路的操作频率略高于其谐振拓扑的自谐振频率;
所述i1为通过所述谐振电感L1的电流,所述i2为通过所述电感L2的电流;
所述PWM1为所述IGBT S1的脉冲宽度调制信号,所述PWM3为所述IGBT S3的脉冲宽度调制信号。
2.根据权利要求1所述感应加热装置,其特征在于,i2通过RMS转换电路将输出电流有效值送入控制器,通过调节DC-DC变换器的操作频率完成输出电流的调节。
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