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基于CD4046锁相环200KHZ的高频感应加热 电源频率跟踪的研究 无锡机电高等职业技术学校 徐良芝 【摘要】针对高频感应加热电源负载参数随时间变化引起固有谐振频率变化，从而导致逆变器偏离最佳工作点，效率降低的现象，提出并实现了一种以集成高速锁相环CD4046为核心，在一台50kW的基于DSP的高频感应加热电源实验样机的基础上，对电源的输出频率进行实时控制，实现逆变器工作频率对负载谐振频
率的同步跟踪，并对相关参数和外围电路进行设计和优化，实现CD4046锁相环控制，通过实验证明，该系统能够很好的实现频率的跟踪。 【关键词】感应加热；锁相环；频率跟踪；逆变器 感应加热的过程中，工作温度不断变化，负载线圈的电参数将随时间而变化，这将使逆变器偏离最佳工作点，因而不仅使逆变桥开关管MOSFET的关断电流增大，进而引起关断损耗增大，而且当逆变器工作点高于负载谐振点较远时，在一定Q值下，还会使负载阻抗增大，逆变器的功率容量不能充分利用。为了实现逆变器开关器件的零电流或零电压开关，需要逆变器始终工作在功率因数接近或等于1的准谐振或谐振状态，这就需要频率跟踪电路来实现。感应加热电源的频率跟踪主要通过锁相环电路来实现，本文分析设计利用锁相环专用芯片CD4046实现频率跟踪。 18V），输入阻抗高（约100MΩ），动态功耗小，在中心频率f0为10kHz下功耗仅为600μW，属微功耗器件。 同时开通和关断，其开通时间不超过半个开关周期，即它们的开通角小于180°。 逆变系统控制电路原理框图如图3所示。从图中可以看出，逆变电路可以工作在他激和自激两种状态。当逆变电路工作在他激状态时，控制信号从他激信号发生器发出，电路工作频率固定，由他激信号发生器控制。当逆变电路工作在自激状态时，电路的输出电流信号经过电流互感器采样，通过波形变换把正弦波变成方波，然后方波信号经单稳态电路防止干扰，接着送到频率跟踪电路，使得开关管的工作频率能够跟踪电流反馈信号。工作在自激 二、CD4046锁相环控制的实现 图2（a）是串联谐振式感应加热电源逆变器的基本原理图。它包括直流电压源，开关T1～T4和RLC串联谐振负载。图4-8（b）是串联谐振负载，由电感L、电容C和负载等效电阻R组成。 在逆变器的控制中，使逆变器的开关频率始终跟踪串联负载谐振频率，就可以实现零电流开关要求，因此，我们选用双极性控制方式，即开关管T1和T4、T2和T3 一、锁相环的基本原理和CD4046结构 锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环（Phase Locked Loop-PLL）。它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域。高频感应加热电源为了能够实现逆变电流与电压的同步，提高工作效率和可靠谐振，同时实现开关器件的软开关，必须要能够很好地实现频率跟踪。 锁相环主要由鉴相器（PD）、压控振荡器（VCO），低通滤波器（LDF）三部分组成，如图1所示。 CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽（为3V－ 图2 串联谐振逆变器原理图及负载电路图1 锁相环的结构框图 -1 -
/2011.09/ |
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