CN117156620A - 高可靠性电流源型感应加热电源系统及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高可靠性电流源型感应加热电源系统及装置，应用于感应加热领域，所述电源系统由N+X个相同的感应加热电源并联组成，所述感应加热电源包括整流单元，用于将交流电转换为直流电；逆变桥单元，用于将所述直流电转换为方波信号；可变电感单元，用于和加热线圈、补偿电容组成谐振网络；脱离开关，用于连接所述电源和所述电源系统；控制单元，用于读取所述整流单元的第一状态、所述逆变桥单元的第二状态和所述可变电感单元的第三状态，并根据所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态控制所述可变电感单元和所述脱离开关的工作状态，通过所述可变电感单元和所述脱离开关可使所述电源系统故障前后谐振频率不变，最大输出功率不变。

Description

高可靠性电流源型感应加热电源系统及装置

技术领域

本申请涉及感应加热领域，尤其涉及一种高可靠性电流源型感应加热电源系统及装置。

背景技术

随着国产半导体行业的迅速发展，大家越来越重视半导体制造设备使用电源的可靠性和稳定性。感应加热电源是半导体制造设备中关键的电源设备。传统感应加热电源还是以单机的形式进行大功率输出，通过设置在谐振电路中的感应加热线圈实现感应加热。一旦单机任何部位发生报警或故障，整体传统感应加热电源就会停止功率输出，导致被加热原料异常冷却，进而导致原料报废。因此提高感应加热电源系统的可靠性是感应加热电源系统主要研究方向之一。

N+X并联冗余备份方式能够极大的提高整个电源系统的可靠性。但是传统电流源型感应加热电源无法直接并联来实现N+X并联冗余备份。其原因为：传统电流源型感应加热电源并联位置在内部电感之后，传统电流源型感应加热电源的内部电感会和加热线圈，补偿电容组成谐振网络，传统电流源型感应加热电源并联数量的变化会导致整个感应加热电源系统等效内部电感感量改变，整体谐振网络的谐振频率会改变，谐振点阻抗会改变，进而导致电源并联数量变化前后，整个感应加热电源系统无法维持同频率同功率输出。对于感应加热电源来说，工作频率的改变会影响感应加热的加热深度，输出功率的改变会影响被加热元件的温度。

例如将N+X个传统电流源型感应加热电源直接并联，当X个电源发生故障，系统从N+X个电源并联工作转换到N个电源并联工作时，N个电源并联时电源系统等效内部电感感量更大，整体谐振网络的谐振频率更低，谐振点阻抗更大，系统最大输出电压不变，系统最大输出功率变低，整个感应加热电源系统工作频率变低，输出功率变低，无法维持额定功率和工艺要求频率输出。

即传统电流源型感应加热电源存在单机工作可靠性低，电源虽然可并联输出但是不具有N+X备份功能的缺点。

发明内容

本申请提供一种高可靠性电流源型感应加热电源系统及装置，系统内部为N+X个电流源型感应加热电源并联输出，当系统内A(0≤A≤X且A为整数)个电源发生故障后，剩余N+X-A个电源仍能维持同频同功率输出，具备N+X冗余备份功能，整体电流源型感应加热电源系统的可靠性高。

第一方面，本申请提供了一种高可靠性电流源型感应加热电源系统，所述感应加热电源系统的原边由N+X个相同的感应加热电源并联组成，N和X均为正整数，所述感应加热电源包括：

整流单元，用于将交流电转换为直流电；

逆变桥单元，用于将所述整流单元输出的直流电转换为交流方波信号；

可变电感单元，用于和所述感应加热电源系统的加热线圈、补偿电容组成谐振网络，以及，通过改变电感保证所述谐振网络的谐振频率和所述感应加热电源系统的最大输出功率不变；

脱离开关，用于连接所述感应加热电源和所述感应加热电源系统；

控制单元，用于读取所述整流单元的第一状态、所述逆变桥单元的第二状态、所述可变电感单元的第三状态，以及，根据所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态控制所述可变电感单元和所述脱离开关的工作状态。

其中，所述可变电感单元包括一个第一电感、X个第二电感及连接所述X个第二电感的X个切换开关。

其中，所述第一电感的电感感量设置为第一感量，所述X个第二电感的电感感量设置为第二感量，所述第一感量是所述第二感量的N倍，所述可变电感单元通过所述X个切换开关和所述X个第二电感的组合调节所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变，以使所述谐振网络的谐振频率和所述感应加热电源系统的最大输出功率保持不变。

其中，所述可变电感单元通过所述X个切换开关和所述X个第二电感的组合调节所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变，包括：所述可变电感单元中所述X个第二电感分别与连接所述X个第二电感的X个切换开关并联，所述可变电感单元中所述X个第二电感串联；所述控制单元控制所述X个第二电感所对应的所述X个切换开关的工作状态，从而调节接入所述可变电感单元中的所述X个第二电感的数量，以控制所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变。

其中，所述感应加热电源正常工作时，所述感应加热电源的脱离开关处于闭合状态，所述感应加热电源与所述感应加热电源系统接通；所述感应加热电源故障时，所述感应加热电源的脱离开关处于断开状态，所述感应加热电源与所述感应加热电源系统断连。

其中，所述第一状态是指所述整流单元的运行状态，所述第二状态是指所述逆变桥单元的运行状态，所述第三状态是指所述可变电感单元的运行状态，所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态均包含正常状态和故障状态。

其中，根据所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态控制所述可变电感单元和所述脱离开关的工作状态，包括：当所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态都为所述正常状态时，所述可变电感单元中的所述X个切换开关处于断开状态，所述感应加热电源中的所述脱离开关处于闭合状态，所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变；当所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态中至少一个为所述故障状态时，处于所述故障状态的感应加热电源中的脱离开关断开，以使处于所述故障状态的感应加热电源与所述感应加热电源系统脱离，所述控制单元调节所述感应加热电源系统中处于所述正常状态的可变电感单元中的所述X个切换开关和所述X个第二电感的组合，以使所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变。

其中，所述整流单元、所述逆变桥单元、所述可变电感单元以及所述脱离开关为串联结构。

其中，所述感应加热电源系统的副边由所述加热线圈和所述补偿电容并联组成，所述感应加热电源系统的原边将所述交流方波信号变换为高频交替变化电磁场，所述高频交替变化电磁场通过所述加热线圈变换为高频交变电流；所述感应加热电源系统的副边通过所述高频交变电流的电流量使所述加热线圈从内部结构发热。

第二方面，本申请提供了一种感应加热电源装置，包括本申请实施例第一方面任一方法中所描述的感应加热电源。

通过实施本申请实施例，首先整流单元用于将交流电转换为直流电；然后逆变桥单元用于将整流单元输出的直流电转换为交流方波信号；之后可变电感单元用于和加热线圈、补偿电容组成谐振网络；之后脱离开关用于连接电源和电源系统；最后控制单元用于读取整流单元的第一状态、逆变桥单元的第二状态和可变电感单元的第三状态，并根据第一状态、第二状态以及第三状态控制可变电感单元和脱离开关的工作状态，当系统内X个电源发生故障时，故障电源内的脱离开关自动断开，故障电源与电源系统脱离，控制单元根据系统内剩余正常电源数量调节剩余正常电源内部可变电感的感量，使整个感应加热电源系统与加热线圈，补偿电容组成的谐振网络不变，进而保证X个电源故障后的感应加热电源系统仍可维持同频率同功率输出，极大提高了感应加热电源的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。

图1是本申请实施例提供的一种高可靠性电流源型感应加热电源系统的单元结构图；

图2是本申请实施例提供的一种高可靠性电流源型感应加热电源系统的电路示意图；

图3是本申请实施例提供的另一种高可靠性电流源型感应加热电源系统的电路示意图；

图4是本申请实施例提供的又一种高可靠性电流源型感应加热电源系统的电路示意图；

图5是本申请实施例提供的再一种高可靠性电流源型感应加热电源系统的电路示意图；

图6是本申请实施例提供的一种高可靠性电流源型感应加热电源系统的正常状态等效电路示意图；

图7是本申请实施例提供的一种高可靠性电流源型感应加热电源系统的故障状态等效电路示意图；

图8是本申请实施例提供的一种高可靠性电流源型感应加热电源系统控制流程图；

图9是本申请实施例提供的一种感应加热电源的简化模型。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下面先对本申请实施例涉及到的关键概念和特征进行解释说明。

整流：在电力电子方面，将交流电变换为直流电称为AC/DC变换，这种变换的功率流向是由电源传向负载，称之为整流。

逆变桥：把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成定频定压或调频调压交流电（一般为220V,50Hz正弦波）的转换器。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。

谐振电路：对于包含电容和电感及电阻元件的无源一端口网络，其端口可能呈现容性、感性及电阻性，当电路端口的电压U和电流I，出现同相位，电路呈电阻性时。称之为谐振现象，这样的电路，称之为谐振电路。谐振的实质是电容中的电场能与电感中的磁场能相互转换，此增彼减，完全补偿。电场能和磁场能的总和时刻保持不变，电源不必与电容或电感往返转换能量，只需供给电路中电阻所消耗的电能。

随着国产半导体行业的迅速发展，大家越来越重视半导体制造设备使用电源的可靠性和稳定性。感应加热电源是半导体制造设备中关键的电源设备。传统感应加热电源还是以单机的形式进行大功率输出，通过设置在谐振电路中的感应加热线圈实现感应加热。一旦单机任何部位发生报警或故障，整体传统感应加热电源就会停止功率输出，导致被加热原料异常冷却，进而导致原料报废。

针对上述问题，本申请实施例提供一种高可靠性电流源型感应加热电源系统，首先整流单元用于将交流电转换为直流电；然后逆变桥单元用于将整流单元输出的直流电转换为交流方波信号；之后可变电感单元用于和加热线圈、补偿电容组成谐振网络；再后脱离开关用于连接电源和电源系统；最后控制单元用于读取整流单元的第一状态、逆变桥单元的第二状态和可变电感单元的第三状态，并根据第一状态、第二状态以及第三状态控制可变电感单元和脱离开关的工作状态，当系统内X个电源发生故障时，故障电源内的脱离开关自动断开，故障电源与电源系统脱离，控制单元根据系统内剩余正常电源数量调节剩余正常电源内部可变电感的感量，使整个感应加热电源系统与加热线圈，补偿电容组成的谐振网络不变，进而保证X个电源故障后的感应加热电源系统仍可维持同频率同功率输出，极大提高了感应加热电源的可靠性。

请参见图1，图1是本申请实施例提供的一种高可靠性电流源型感应加热电源系统100的单元结构图，该感应加热电源系统100包括整流单元101、逆变桥单元102、可变电感单元103、脱离开关104和控制单元105；其中，整流单元101用于将交流电转换为直流电；逆变桥单元102用于将所述整流单元101输出的直流电转换为交流方波信号；可变电感单元103用于和所述感应加热电源系统100的加热线圈、补偿电容组成谐振网络，以及，从N+X个电源并联输出切换到N个电源并联输出后，所述谐振网络的谐振频率和所述感应加热电源系统100的最大输出功率不变；脱离开关104用于连接感应加热电源和所述感应加热电源系统100；控制单元105用于读取所述整流单元101的第一状态、所述逆变桥单元102的第二状态、所述可变电感单元103的第三状态，以及，根据所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态控制所述可变电感单元103和所述脱离开关104的工作状态。

其中，所述整流单元101可以是由变压器、整流主电路和滤波器组成，具体地，所述主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成，滤波器接在所述主电路与负载之间，所述整流单元101用于将交流电能转换为直流电能。所述逆变桥单元102可以是由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，所述逆变桥单元102用于将直流电转换为方波信号。所述可变电感单元103可以是由多个电感、切换开关组成，具体地，可变电感单元103和所述感应加热电源系统100的加热线圈、补偿电容组成的谐振网络可以通过电容中的电场能与电感中的磁场能相互转换，此增彼减，完全补偿，减少能量的损耗。所述脱离开关104可以是一个或多个可以实现电路断开或闭合的开关。所述控制单元105可以是依次串联的驱动板、系统主控板和智能通讯控制板，所述控制单元105通过系统主控板或主机控制芯片下发指令实现，系统主控板通过通信线不断读取各个单元状态，通过通信线下发指令控制所述可变电感单元103和所述脱离开关104的工作状态，进而使从N+X个电源并联输出切换到N个电源并联输出后，原边电感感量保持不变，所述谐振网络的谐振频率和所述感应加热电源系统100的最大输出功率不变。

具体地，请参见图2，图2是本申请实施例提供的一种高可靠性电流源型感应加热电源系统的电路示意图，其中，所述感应加热电源系统的原边由N+X个相同的感应加热电源并联组成，N和X均为正整数，所述可变电感单元包括一个第一电感、X个第二电感及连接所述X个第二电感的X个切换开关。

其中，所述第一电感和所述X个第二电感及连接所述X个第二电感的X个切换开关均位于所述感应加热电源系统的原边。

其中，所述可变电感单元既可以单独实现电感可变的功能，也可以和其他所述可变电感单元配合实现电感可变的功能，所述第一电感和所述X个第二电感均为电感元件，但电感感量不同，所述切换开关包含断开状态和闭合状态。

其中，所述第一电感和所述第二电感也可以是其他可以用于提供阻抗的电路元件或电路元件组合，所述可变电感单元也可以是其他可以实现或具有可变电感特征的单元。

可见，本示例中，通过在感应加热电源系统中设置并联的N+X个相同的感应加热电源和可变电感单元，可以让感应加热电源系统在不同的工作场景和状态下都具备感应加热的能力，避免传统单机模式只要一故障就会导致无法进行感应加热的情况发生，提高感应加热电源系统的可靠性。

具体地，所述第一电感的电感感量设置为第一感量，所述X个第二电感的电感感量设置为第二感量，所述第一感量是所述第二感量的N倍，所述可变电感单元通过所述X个切换开关和所述X个第二电感的组合调节所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变，实现从N+X个电源并联输出到N个电源并联输出后，所述谐振网络的谐振频率和所述感应加热电源系统的最大输出功率保持不变。

其中，因为所述N为大于1的整数，所以所述第一感量大于所述第二感量，通过设置所述第一感量和所述第二感量的倍数关系方便后续对所述可变电感单元进行调节。

可见，本示例中，通过设置第一电感和第二电感的感量的倍数关系，方便在感应加热电源系统发生故障时通过调节切换开关的工作状态控制接入可变电感单元的电感数量，从而保持整体等效原边电感感量保持不变。

具体地，请再次参阅图2，所述可变电感单元通过所述X个切换开关和所述X个第二电感的组合调节所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变，包括：所述可变电感单元中所述X个第二电感分别与连接所述X个第二电感的X个切换开关并联,所述可变电感单元中所述X个第二电感串联；所述控制单元控制所述X个第二电感所对应的所述X个切换开关的工作状态，从而调节接入所述可变电感单元中的所述X个第二电感的数量；所述感应加热电源通过调节接入所述可变电感单元中的所述X个第二电感的数量，从而调节所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变。

其中，通过所述X个切换开关与所述X个第二电感并联以及所述X个第二电感串联，可以实现通过调节所述X个切换开关的工作状态进而调节接入所述可变电感单元的第二电感的数量，当与第二电感并联的切换开关断开时，该第二电感接入所述可变电感单元，当与第二电感并联的切换开关闭合时，该第二电感不接入所述可变电感单元。

其中，感应加热电源系统中可变电感单元的第一感量表示为Lp，第二感量表示为Lp切换，此时可变电感单元通过所述X个切换开关和所述X个第二电感的组合实现原边电感感量可变，且感量变化范围为Lp+A*Lp切换，其中0≤A≤X，A为整数。

可见，本示例中，通过X个切换开关和X个第二电感的组合，可以调节接入可变电感单元的第二电感的数量，进而调节感应加热电源系统整体等效电感感量，实现感量可变的功能。

在一种可能的实现方式中，请参阅图3，图3是本申请实施例提供的另一种高可靠性电流源型感应加热电源系统的电路示意图，其中，所述可变电感单元中所述X个切换开关分别对应X个第二电感，B为正整数且B小于等于X。具体地，第B个切换开关与B个串联起来的第二电感并联，切换开关默认断开，此时感应加热电源系统的整体等效电感感量等于Lp+X*Lp切换，第B个开关闭合时，B个串联起来的第二电感被短路，此时感应加热电源系统的整体等效电感感量等于Lp+(X-B)*Lp切换，通过控制B的大小进而控制指定的切换开关闭合，可以控制可变电感的感量。

其中，所述第一电感和所述X个第二电感及连接所述X个第二电感的X个切换开关既可以位于所述感应加热电源系统的原边，又可以位于所述感应加热电源系统的副边。

其中，所述可变电感单元中所述第一电感和所述X个第二电感可以均为上述组合方式，也可以是上述组合方法与其他组合方法的组合方式，在此对所述N+X个谐振子电路模块的组合方式不作限制。

其中，通过上述所述X个切换开关和所述X个第二电感的组合方式，可以实现通过调节所述X个切换开关的工作状态进而调节接入所述可变电感单元的第二电感的数量，当与第二电感并联的切换开关断开时，该第二电感接入所述可变电感单元，当与第二电感并联的切换开关闭合时，该第二电感不接入所述可变电感单元。

其中，感应加热电源系统中可变电感单元的第一感量表示为Lp，第二感量表示为Lp切换，此时可变电感单元通过所述X个切换开关和所述X个第二电感的组合实现原边电感感量可变，且感量变化范围为Lp+A*Lp切换，其中0≤A≤X，A为整数。

可见，本示例中，通过X个切换开关和X个第二电感的组合，可以调节接入可变电感单元的第二电感的数量，进而调节感应加热电源系统整体等效电感感量，实现感量可变的功能。

在一种可能的实现方式中，请参阅图4和图5，图4是本申请实施例提供的又一种高可靠性电流源型感应加热电源系统的电路示意图，图5是本申请实施例提供的再一种高可靠性电流源型感应加热电源系统的电路示意图，其中，所述可变电感单元中所述X个切换开关分别对应一个第二电感，所述第一电感和所述X个第二电感及连接所述X个第二电感的X个切换开关均位于所述感应加热电源系统的副边。

其中，所述可变电感单元中所述X个切换开关分别与对应的所述X个第二电感并联,所述可变电感单元中所述X个第二电感串联，所述N+X个感应加热电源并联。

其中，所述第一电感和所述X个第二电感及连接所述X个第二电感的X个切换开关既可以位于变压器副边位置的脱离开关前，先与脱离开关串联再与感应加热线圈串联；也可以位于变压器副边位置的脱离开关后，直接与感应加热线圈串联。

其中，感应加热电源系统中可变电感单元的第一感量表示为Lp，第二感量表示为Lp切换，此时可变电感单元通过所述X个切换开关和所述X个第二电感的组合实现原边电感感量可变，且感量变化范围为Lp+A*Lp切换，其中0≤A≤X，A为整数。

可见，本示例中，通过X个切换开关和X个第二电感的组合，可以调节接入可变电感单元的第二电感的数量，进而调节感应加热电源系统整体等效电感感量，实现感量可变的功能。

具体地，请再次参阅图2，所述感应加热电源正常工作时，所述感应加热电源的脱离开关处于闭合状态，所述感应加热电源与所述感应加热电源系统接通；所述感应加热电源故障时，所述感应加热电源的脱离开关处于断开状态，所述感应加热电源与所述感应加热电源系统断连。

其中，所述脱离开关位于所述感应加热电源系统的原边。

其中，所述脱离开关与所述第一电感、所述X个第二电感以及所述X个第二电感并联的所述X个切换开关串联，以使所述脱离开关可以通过切换工作状态改变所述脱离开关处于的感应加热电源与所述可变电感单元的连接关系，当所述脱离开关处于断开状态时，所述脱离开关处于的感应加热电源与所述可变电感单元断连；当所述脱离开关处于闭合状态时，所述脱离开关处于的感应加热电源与所述可变电感单元接通。

可见，本示例中，通过在感应加热电源中设置脱离开关，可以在感应加热电源系统中某一元器件发生故障时，将发生故障的元器件所在的感应加热电源与感应加热电源系统断开，避免故障单元对感应加热电源系统造成影响，保证感应加热电源系统的正常运行，提高感应加热电源系统的可靠性。

在一种可能的实现方式中，请再次参阅图4和图5，其中，所述脱离开关可以位于变压器的副边位置，所述脱离开关与所述感应加热电源系统中的感应加热线圈串联，以使所述脱离开关可以通过切换工作状态改变所述脱离开关处于的感应加热电源与所述感应加热电源系统的连接关系，当所述脱离开关处于断开状态时，所述脱离开关处于的感应加热电源与所述感应加热电源系统断连；当所述脱离开关处于闭合状态时，所述脱离开关处于的感应加热电源与所述感应加热电源系统接通。

可见，本示例中，通过在感应加热电源中设置脱离开关，可以在感应加热电源系统中某一元器件发生故障时，将发生故障的元器件所在的感应加热电源与感应加热电源系统断开，避免故障单元对感应加热电源系统造成影响，保证感应加热电源系统的正常运行，提高感应加热电源系统的可靠性。

具体地，请再次参阅图1，所述第一状态是指所述整流单元的运行状态，所述第二状态是指所述逆变桥单元的运行状态，所述第三状态是指所述可变电感单元的运行状态，所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态均包含正常状态和故障状态。

其中，所述控制模块会在感应加热电源系统通电后循环执行上述操作，不断判断感应加热电源系统中各单元的工作状态，以便在感应加热电源系统发生故障时，及时进行相关调控策略，保证感应加热电源系统在原输出功率下稳定运行。

其中，根据所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态控制所述可变电感单元和所述脱离开关的工作状态，包括：当所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态都为所述正常状态时，所述可变电感单元中的所述X个切换开关处于断开状态，所述感应加热电源中的所述脱离开关处于闭合状态，所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变；当所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态中至少一个为所述故障状态时，处于所述故障状态的感应加热电源中的脱离开关断开，以使处于所述故障状态的感应加热电源与所述感应加热电源系统脱离，所述控制单元调节所述感应加热电源系统中处于所述正常状态的可变电感单元中的所述X个切换开关和所述X个第二电感的组合，以使所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变。

其中，通过读取各单元的工作状态可以判断各单元是否发生故障，通过根据所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态控制所述可变电感单元中的切换开关的工作状态，当有状态量发生变化时，对应的调节切换开关的策略也会发生变化。

具体地，请参阅图6、图7和图8，图6是本申请实施例提供的一种高可靠性电流源型感应加热电源系统的正常状态等效电路示意图，图7是本申请实施例提供的一种高可靠性电流源型感应加热电源系统的故障状态等效电路示意图，图8是本申请实施例提供的一种高可靠性电流源型感应加热电源系统控制流程图。

其中，第一感量表示为Lp，第二感量表示为Lp切换。感应加热电源系统各感应加热电源均处于正常状态下时，等效电路中可变电感单元中所有切换开关断开，感应加热电源系统中所有脱离开关闭合，此时每个感应加热电源中接入的电感量计算公式一为：Lp+Lp切换*X，此时感应加热电源系统中接入的等效原边电感感量计算公式一为：（Lp+Lp切换*X）/（N+X）。

或者，感应加热电源系统至少一个感应加热电源处于故障状态下时，此时假设处于故障状态的感应加热电源数量为Y，Y为正整数且Y小于X，与处于故障状态下的感应加热电源串联的脱离开关断开，以使处于故障状态的感应加热电源与感应加热电源系统脱离，此时感应加热电源系统中接入的等效原边电感感量计算公式二为：（Lp+Lp切换*（X-Y））/（N+X-Y）。通过设置第一感量Lp为第二感量Lp切换的N倍，等效原边电感感量计算公式一又可以为：（Lp+Lp/N*X）/（N+X），即Lp/N，等效原边电感感量计算公式二又可以为（Lp+Lp/N*（X-Y））/（N+X-Y），即Lp/N，此时感应加热电源系统处于正常状态时和处于故障状态时的整体等效原边电感感量保持不变。

或者，感应加热电源系统的多个感应加热电源处于故障状态下时，此时处于故障状态的感应加热电源数量为Y，Y为正整数且Y大于等于X，此时故障状态的感应加热电源数量Y超出感应加热电源系统的备份能力，感应加热电源系统无法实现感应加热，脱离开关全部断开，感应加热电源报警关机。

具体地，请参见图9，图9是本申请实施例提供的一种感应加热电源的简化模型，其中，感应加热电源工作时，主要工作原理为：电流源整流成一个直流母线，直流母线经过逆变桥，逆变成一个频率为f的交流方波信号。为简化分析感应加热电源工作原理，简化电路模型后，感应加热线圈的线圈匝比为1：1，如图9所示，感应加热电源中等效电感,感应加热电源中等效电容/>,感应加热线圈中等效电感/>,感应加热线圈中等效电阻/>构建形成一个谐振网络。该谐振网络的阻抗表达式为：

其中，阻抗是电阻、电感的感抗、电容的容抗三种类型的复物，其中为感抗，为容抗的倒数，j为虚数单位，/>为谐振网络的频率，通过j/>+/>得到感应加热线圈的阻抗Z1，通过j/>+Z1得到除感应加热电源中等效电感/>之外的阻抗Z2，通过j/>+Z2得到谐振网络的阻抗Z（/>）。

其中，该阻抗有两个谐振点，通常感应加热电源系统工作在两个谐振点中后一个谐振点，即逆变频率f等于后一个谐振点的谐振频率。

感应加热电源系统的工作谐振点表达式为：

感应加热电源系统的工作点阻抗表达式为：

感应加热电源系统的工作点最大输出功率表达式为：

从上述公式中可以看出，，/>和/>不变时，/>越大，工作谐振点阻抗越大，最大输出功率越小，其中，/>是感应加热电源系统的工作点最大输出电压。同时，从电路结构可以看出：传统单机感应加热电源系统为单机工作，一旦任何器件发生损坏，整个系统就会停止工作，系统输出功率为0，加热异常停止，可靠性低。

可见，本示例中，感应加热电源系统能够实时根据自身工作状态进行针对性调节，以使在Y个电源故障前后（Y小于等于X），感应加热电源系统的谐振网络的谐振参数相同，谐振频率相同，工作点逆变频率相同，工作谐振点阻抗相同，最大输出功率相同，保证感应加热电源系统的输出功率在一定程度内不发生变化。

具体地，所述整流单元、所述逆变桥单元、所述可变电感单元以及所述脱离开关为串联结构，保证各单元之间的连接的紧密性。

可见，本示例中，通过将整流单元、逆变桥单元、可变电感单元以及脱离开关串联，提高感应加热电源系统的整体性，便于控制单元读取各单元的工作状态并进行调控。

具体地，所述感应加热电源系统的副边由所述加热线圈和所述补偿电容并联组成，所述感应加热电源系统的原边将所述交流方波信号变换为高频交替变化电磁场，所述高频交替变化电磁场通过所述加热线圈变换为高频交变电流；所述感应加热电源系统的副边通过所述高频交变电流的电流量使所述加热线圈从内部结构发热。

其中，感应线圈根据电力电子学和电磁兼容测试技术性，把高频率交变电流变换为高频率交替变化电磁场，磁场遇到金属材料料筒又转化为高频率交变电流，通过高频率交变电流的电流量使感应线圈内部结构发热，感应加热效果受电流强度和线圈匝数影响。

可见，本示例中，通过在感应加热电源系统中设置感应加热线圈，可以通过高频率交变电流产生磁场，再将产生的磁场转换为高频率交变电流，利用该高频率交变电流的电流量使感应加热线圈的内部发热，实现感应加热。

本申请实施例提供了一种感应加热电源装置，包括如上述高可靠性电流源型感应加热电源系统的实施例中记载的任何一种感应加热电源的部分或全部步骤。

具体地，本申请实施例可以根据上述方法示例对感应加热电源装置进行功能单元的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能单元，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。需要说明的是，本申请实施例中对单元的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

应理解，本文中涉及的第一、第二、第三、第四以及各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的范围。

应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的电路、方法或包含感应加热电源的装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元或模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高可靠性电流源型感应加热电源系统，其特征在于，所述感应加热电源系统的原边由N+X个相同的感应加热电源并联组成，N和X均为正整数，所述感应加热电源包括：

整流单元，用于将交流电转换为直流电；

逆变桥单元，用于将所述整流单元输出的直流电转换为交流方波信号；

可变电感单元，用于和所述感应加热电源系统的加热线圈、补偿电容组成谐振网络，以及，通过改变电感保证所述谐振网络的谐振频率和所述感应加热电源系统的最大输出功率不变；

脱离开关，用于连接所述感应加热电源和所述感应加热电源系统；

控制单元，用于读取所述整流单元的第一状态、所述逆变桥单元的第二状态、所述可变电感单元的第三状态，以及，根据所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态控制所述可变电感单元和所述脱离开关的工作状态。

2.如权利要求1所述的感应加热电源系统，其特征在于，所述可变电感单元包括一个第一电感、X个第二电感及连接所述X个第二电感的X个切换开关。

3.如权利要求2所述的感应加热电源系统，其特征在于，所述第一电感的电感感量设置为第一感量，所述X个第二电感的电感感量设置为第二感量，所述第一感量是所述第二感量的N倍，所述可变电感单元通过所述X个切换开关和所述X个第二电感的组合调节所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变，以使所述谐振网络的谐振频率和所述感应加热电源系统的最大输出功率保持不变。

4.如权利要求3所述的感应加热电源系统，其特征在于，所述可变电感单元通过所述X个切换开关和所述X个第二电感的组合调节所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变，包括：

所述可变电感单元中所述X个第二电感分别与连接所述X个第二电感的X个切换开关并联，所述可变电感单元中所述X个第二电感串联；

所述控制单元控制所述X个第二电感所对应的所述X个切换开关的工作状态，从而调节接入所述可变电感单元中的所述X个第二电感的数量，以控制所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变。

5.如权利要求2-4任一项所述的感应加热电源系统，其特征在于，所述感应加热电源正常工作时，所述感应加热电源的脱离开关处于闭合状态，所述感应加热电源与所述感应加热电源系统接通；所述感应加热电源故障时，所述感应加热电源的脱离开关处于断开状态，所述感应加热电源与所述感应加热电源系统断连。

6.如权利要求5所述的感应加热电源系统，其特征在于，所述第一状态是指所述整流单元的运行状态，所述第二状态是指所述逆变桥单元的运行状态，所述第三状态是指所述可变电感单元的运行状态，所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态均包含正常状态和故障状态。

7.如权利要求6所述的感应加热电源系统，其特征在于，根据所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态控制所述可变电感单元和所述脱离开关的工作状态，包括：

当所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态都为所述正常状态时，所述可变电感单元中的所述X个切换开关处于断开状态，所述感应加热电源中的所述脱离开关处于闭合状态，所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变；

当所述第一状态、所述第二状态以及所述第三状态中至少一个为所述故障状态时，处于所述故障状态的感应加热电源中的脱离开关断开，以使处于所述故障状态的感应加热电源与所述感应加热电源系统脱离，所述控制单元调节所述感应加热电源系统中处于所述正常状态的可变电感单元中的所述X个切换开关和所述X个第二电感的组合，以使所述感应加热电源系统的等效原边电感感量保持不变。

8.如权利要求1所述的感应加热电源系统，其特征在于，所述整流单元、所述逆变桥单元、所述可变电感单元以及所述脱离开关为串联结构。

9.如权利要求1所述的感应加热电源系统，其特征在于，所述感应加热电源系统的副边由所述加热线圈和所述补偿电容并联组成，

所述感应加热电源系统的原边将所述交流方波信号变换为高频交替变化电磁场，所述高频交替变化电磁场通过所述加热线圈变换为高频交变电流；

所述感应加热电源系统的副边通过所述高频交变电流的电流量使所述加热线圈从内部结构发热。

10.一种感应加热电源装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的感应加热电源系统。