【正文】 感謝院領(lǐng)導(dǎo)及各位老師在學(xué)習(xí)期間給予我的幫助。本論文的選題、研究?jī)?nèi)容、研究方法及論文的形成是在導(dǎo)師何少佳老師支持、鼓勵(lì)和悉心指導(dǎo)下完成的，他是我獲得深思熟慮的意見和概念清晰的見解的來源，他不惜花費(fèi)自己時(shí)間對(duì)本論文提出許多意見和建議，既激發(fā)了我的靈感，又給了我持久不斷的鼓勵(lì)。實(shí)驗(yàn)線路的調(diào)功方式采用限壓(限流)單閉環(huán)控制方式，不能克服電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)的影響。在設(shè)計(jì)方案中，結(jié)合SG3525A功能特點(diǎn)及其控制特性，以SG3525A作為PWM控制的核心，HCPL316J作為IGBT的驅(qū)動(dòng)，用串聯(lián)諧振來設(shè)計(jì)感應(yīng)加熱電源。將靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試的結(jié)果與設(shè)計(jì)的指標(biāo)相比較，通過深入地分析提出了合理的修正。調(diào)試控制電路時(shí)，需要強(qiáng)調(diào)的是在安裝電位器PR2之前，要先將其調(diào)整到設(shè)計(jì)值，否則電路可能不起振。
(3)功能模塊調(diào)試
根據(jù)各個(gè)模塊的功能，對(duì)其進(jìn)行調(diào)試。 其次仔細(xì)檢查有無虛焊，有無短路或斷路，確保無誤后，再對(duì)各個(gè)模塊電路分別進(jìn)行調(diào)試。
先將中頻感應(yīng)加熱電源整個(gè)系統(tǒng)按功能分成三個(gè)功能模塊，對(duì)控制電路、單相橋式IGBT逆變電路以及反饋回路模塊進(jìn)行安裝和調(diào)試，在此基礎(chǔ)上擴(kuò)大安裝和調(diào)試的范圍，最后完成整機(jī)的安裝和調(diào)試。7 硬件調(diào)試調(diào)試是指調(diào)整與測(cè)試。（5）整流二極管整流二極管的參數(shù)應(yīng)滿足最大整流電流IFIo max (暫定)；最大反向電壓VRV2，其中V2為變壓器二次側(cè)電壓有效值。假設(shè)+5V的輸入為V11，輸出為Vo1；+18V的輸入為V12，輸出為Vo2；+12V的輸入為V14,輸出為Vo4；5V的輸入為V13,輸出為Vo3，12V的輸入為V14， 輸出為Vo4，而它們所對(duì)應(yīng)的變壓器二次側(cè)電壓有效值分別為V2V2V2V24，V25則有，V11=8V，V12=21V，V13=15V，考慮電網(wǎng)電壓10%的波動(dòng)，最終可取V11=9V，V12=，V13=。根據(jù)電路中所需要的電源，選擇7807817817817907912分別輸出+5V、+15V、+18V、+12V、－5V和12V，其輸出電壓和輸出電流均滿足指標(biāo)要求。二極管選用IN4004,以便在出現(xiàn)反向電壓時(shí)可以迅速導(dǎo)通，保護(hù)三端穩(wěn)壓模塊7812。5伏的單路直流穩(wěn)壓電源，供給HCPL316J芯片工作。5伏雙路穩(wěn)壓電源 177。從圖可見，穩(wěn)壓電源由變壓器、二極管整流橋、濾波器和集成穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)組成。方案3：采用多電源供電方式，即對(duì)數(shù)字電路、模擬電路、驅(qū)動(dòng)電路分別供電，這種方案即降低了系統(tǒng)各個(gè)模塊間的干擾，還保證了電源能為各部分提供足夠的工作電流，提高系統(tǒng)的可靠性。如果采用單一電源，各個(gè)部分很可能造成干擾，系統(tǒng)無法正確工作，還可能因?yàn)樨?fù)載過大，電源無法提供足夠的工作電流。在接口電路設(shè)計(jì)中應(yīng)注意: ①要求驅(qū)動(dòng)芯片的供電電壓比較穩(wěn)定，否則會(huì)損壞芯片； ②該芯片的控制功率電源較多，而且還有部分高壓信號(hào)與其相連，因此在布線制板時(shí)一定要考慮電源之間的間距和芯片輸出到IGBT之間的距離；③為了提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力，可以在控制器和驅(qū)動(dòng)電路之間加光耦。故障檢測(cè)信號(hào)與復(fù)位信號(hào)一樣，以總線方式聯(lián)接在一起送進(jìn)控制器中。用戶能夠靈活設(shè)計(jì)HCPL316J驅(qū)動(dòng)電路和控制電路之間的接口。正向電壓為18V，反向關(guān)斷電壓為－5V，芯片驅(qū)動(dòng)電壓為5V。為了提高故障信號(hào)的抗干擾能力,在引腳接一個(gè)上拉電阻和。IGBT柵極最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)2. 5 A ,最大驅(qū)動(dòng)電流= 150 A , =1 200 V ,最大開關(guān)速度為500 ns ,較寬的工作電壓范圍為15～30 V。值太大管子發(fā)熱嚴(yán)重,保護(hù)起不到作用, 過小會(huì)引起保護(hù)頻繁動(dòng)作,不利于系統(tǒng)穩(wěn)定工作。該時(shí)間為設(shè)定的保護(hù)盲區(qū),能有效防止IGBT 在工作中瞬時(shí)短時(shí)間過流而使保護(hù)動(dòng)作。該時(shí)間由引腳DESAT充電電流、DESAT閾值電壓與外接DESAT電容的大小決定。②退飽和故障檢測(cè)保護(hù)當(dāng)IGBT在導(dǎo)通時(shí)發(fā)生過流, VCE急劇升高超過設(shè)定的VCE保護(hù)電壓,DASAT引腳電壓大于7V ,退飽和保護(hù)電路開始工作, FAULT電位鎖定在高電平,A,B點(diǎn)為低電位,三級(jí)復(fù)合達(dá)林頓管和50xDMOS 管被禁止,1*DMOS管激活緩慢降低柵極電壓,當(dāng)柵極電壓低于2V時(shí),50*DMOS 管開通使柵極電壓牢牢夾斷在VEE?；竟ぷ髟砣缦?（1）正常工作時(shí)閾值電壓UVLO點(diǎn)為低電平,DESAT 腳和7 V比較輸出為低電平, E 點(diǎn)信號(hào)隨LED1 變化,FAULT點(diǎn)電位始終為低電平,三級(jí)復(fù)合達(dá)林頓管工作,輸出電壓VOUT=VC?！飧綦x，故障狀態(tài)反饋； 　　　　　　　下面給出具體設(shè)計(jì)過程及其應(yīng)用。如何保證系統(tǒng)穩(wěn)定且可靠工作,又使系統(tǒng)的開發(fā)周期短,性價(jià)比高,是一個(gè)需要綜合考慮的問題。 （3）由于快開關(guān)的和雜散電感相互作用，開關(guān)電路產(chǎn)生噪聲，以及電路中其它的電磁干擾，故障檢測(cè)應(yīng)有一定的抗干擾能力。 在主電路所示IGBT的逆變電路中，T1 和T3, T2和T4分別組成一個(gè)橋臂，如果由于故障或誤操作使得同一橋臂上的IGBT同時(shí)導(dǎo)通，即會(huì)產(chǎn)生橋臂短路現(xiàn)象，比如，T1和T3同時(shí)導(dǎo)通即會(huì)由短路電流流過兩個(gè)IGBT，其電流通路如圖所示。在T3由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)， D1不通并承受反壓，Cs1通過R1充電，所充電壓為，其中L1為變壓器的漏感。電阻要選為無感電阻。當(dāng)T1由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，由于主回路的雜散電感，電流Io將通過CsD1流向變壓器原邊，管子兩端的電壓為電容電壓與二極管電壓之和，由于電容器Cs1上的電壓不能突變，所以T1管子兩端電壓將得到抑制。⑥驅(qū)動(dòng)電路與控制電路應(yīng)嚴(yán)格隔離。③驅(qū)動(dòng)電路要能傳遞幾百Hz的脈沖信號(hào)?！　”驹O(shè)計(jì)中的門極電阻可選取30Ω。因此，驅(qū)動(dòng)電路輸出選擇+18V和5V為開通和關(guān)斷電壓。由此可知當(dāng)門極電壓在15V左右時(shí)，通態(tài)壓降接近飽和，但是門極電壓不能超過20V，否則可能擊穿門極與發(fā)射極之間的氧化膜，這里選擇18V。 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求 門極電壓對(duì)開關(guān)特性的影響及選擇驅(qū)動(dòng)電路的要求與IGBT的特性密切相關(guān)。整流器和逆變器等同一個(gè)諧波源，在運(yùn)行時(shí)都會(huì)向電網(wǎng)注入諧波電流電壓，這些諧波分量都將產(chǎn)生不良影響。使用時(shí)，與被保護(hù)晶閘管直接串聯(lián)，如圖14整流電路中的快速熔斷器所示。過電流一般是采用快速熔斷器，快速直流開關(guān)和電子電路來實(shí)施過電流保護(hù)的。本原則在運(yùn)行中當(dāng)頻率降低時(shí)，tf將自動(dòng)增大，使引前觸發(fā)角保持不變，啟動(dòng)時(shí)雖然換向重疊時(shí)間增大，但因頻率較低也能保證tk有足夠的值，爐料溫度升高的過程中tf值將自動(dòng)減小，由于負(fù)載電流下降，tk值幾乎不受影響，本裝置隨頻率自動(dòng)變化。其缺點(diǎn)是當(dāng)換向重疊時(shí)間增加時(shí)，安全余量勢(shì)必減小，對(duì)換向不利?？傊|發(fā)應(yīng)是在一定的引前角下進(jìn)行，逆變器的換向必須在負(fù)載電壓過零前結(jié)束，逆變器觸發(fā)頻率必須跟蹤于負(fù)載頻率。并聯(lián)逆變式負(fù)載采用頻率自動(dòng)跟蹤，需要對(duì)單相逆變器通斷的控制，來保證負(fù)載電路為諧振回路，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載的功率輸出最大。本裝置是采用電流電壓雙閉壞控制電路。系統(tǒng)控制框圖如圖11所示。 （42）式中：——中頻電壓 ——等效電阻故有： （43）生產(chǎn)過程中若要保持工件的溫度在控制的范圍內(nèi)，工件的溫度是控制的關(guān)鍵因素。脈沖形成電路將連續(xù)變化的負(fù)載電壓換成同步脈沖，作為逆變觸發(fā)電路的控制信號(hào)。電壓反饋電路把輸出中頻電壓，轉(zhuǎn)換成反饋電壓（直流），后者與給定電壓Us相比較，并產(chǎn)生差值電壓；電壓調(diào)節(jié)器將此差值電壓放大。d2給定電壓整流控制角調(diào)節(jié)器UsaUdUdUNTCf U0d1負(fù)載電路可控整流逆變電路濾波電路圖9 中頻電源開環(huán)原理控制過程如下：整流觸發(fā)控制角調(diào)節(jié)器把輸入控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制角。而動(dòng)態(tài)指標(biāo)與靜態(tài)指標(biāo)相比，后者是主要的。例如對(duì)冷卻水的壓力、水流量、水溫，控制柜中的氣溫，中頻電壓和電流等參量的測(cè)量和監(jiān)視。 控制電路的作用感應(yīng)加熱電源的控制電路必須至少起著以下作用:（1）調(diào)節(jié)控制電路必須對(duì)整流電路、逆變電路等系統(tǒng)主電路部分進(jìn)行功能控制。（3）調(diào)頻來調(diào)節(jié)輸出功率目前，高頻感應(yīng)熱處理電源采用橋式逆變電路，通過調(diào)頻的方式來調(diào)節(jié)輸出功率。（2）改變直流電壓移相調(diào)功是通過移相控制，即每個(gè)橋臂的兩個(gè)開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂的導(dǎo)通角相差一個(gè)相位，即移相角，通過調(diào)節(jié)移相角的大小調(diào)節(jié)負(fù)載電壓的寬度，從而調(diào)節(jié)輸出功率，如圖8所示。因此，直流端可為三相全控整流電源。通常，為減小器件開關(guān)損耗，工作頻率應(yīng)大于諧振頻率。一般采樣電壓取自負(fù)載電容兩端，這是由于電容對(duì)高次諧波的阻抗小，其端電壓的高次諧波分量最小，基波分量最大。逆變控制電路包括開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路，死區(qū)形成電路，鎖相環(huán)電路。這些變化取決于負(fù)載的電氣特性如導(dǎo)電性、滲透性、耦合系數(shù)和幾何性質(zhì)如形狀等等；同時(shí)，不同的負(fù)載需要的功率大小也不同，這樣必須對(duì)逆變器的輸出功率和頻率都做相應(yīng)的調(diào)整。隨著加熱工業(yè)的發(fā)展和新產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝的變化，對(duì)感應(yīng)加熱電源的控制系統(tǒng)功能的要求也更加的多樣化和智能化。在生產(chǎn)過程中，根據(jù)不同的工藝，中頻電源不僅要輸出各種不同的功率，而且還需要在各種擾動(dòng)下維持和調(diào)整各種指標(biāo)。由于頻率較高，所以要選擇GTR、MOSFET、IGBT等工作頻率較高的自關(guān)斷器件。(1)二極管電壓額定值；二極管的耐壓可按式(32)確定，根據(jù)電網(wǎng)電壓，考慮到其峰值、電壓波動(dòng)等因素。在BA段內(nèi)，BC和AC導(dǎo)通，Ud=Uba。在BC段內(nèi)，b相電壓最高，晶閘管BC因得到觸發(fā)脈沖而導(dǎo)通，由于b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位，所以晶閘管AB因承受反向電壓而關(guān)斷。晶閘管BA承受反向電壓而關(guān)斷，所以電流回到c相繞組。 圖5 不同的輸出波形在AB段內(nèi)，a相電壓最高，電流從變壓器a相繞組流出，經(jīng)過AB負(fù)荷和BA（在此段內(nèi)，b相電壓最低，共陽極組的晶閘管BA正處于導(dǎo)通狀態(tài)），回到變壓器b相繞組。圖3 三相橋式全控整流電路晶閘管AB、BC、CA接成共陰極，晶閘管AC、BA、CB接成共陽極，并與變壓器和負(fù)荷分別構(gòu)成兩個(gè)三相半波可控整流電路，兩個(gè)三相半波可控整流電路串聯(lián)就構(gòu)成三相橋式全控整流電路，如圖4所示。三相全波整流也只有橋式整流。中間抽頭接負(fù)載一端，另兩個(gè)端子各串聯(lián)一個(gè)二極管后接負(fù)載的另一端。利用二極管的單向?qū)щ娦?，只有半個(gè)周期內(nèi)有電流流過負(fù)載，另半個(gè)周期被二管所阻，沒有電流。一般由整流器、濾波器、逆變器及一些控制和保護(hù)電路組成。（2）增大線圈中電流的頻率。若線圈A中通以交流電流i1，則在線圈A內(nèi)產(chǎn)生隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，置于交變磁場(chǎng)中的被加熱工件B要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2，形成渦流i2，這些渦流使金屬工件發(fā)熱，消耗電能。根據(jù)不同的加熱工藝要求，感應(yīng)加熱采用的電源的頻率有工頻（50～60Hz）、中頻(60～10000Hz)和高頻(高于10000Hz)。可以肯定的說，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，感應(yīng)加熱電源在高新技術(shù)領(lǐng)域會(huì)有更廣泛的應(yīng)用。（5）由于感應(yīng)加熱用電源一般功率都很大，目前對(duì)它的功率因數(shù)，諧波污染指標(biāo)還沒有具體要求。對(duì)焊接，表面熱處理等負(fù)載，一般采用匹配變壓器連接電源和負(fù)載感應(yīng)器，對(duì)高頻，超音頻電源用的匹配變壓器要求漏抗很小，如何實(shí)現(xiàn)匹配變壓器的效率，從磁性材料選擇到繞組的設(shè)計(jì)已成為重要課題。（2）目前，感應(yīng)加熱電源在中頻段主要采用晶閘管，超音頻段主要是IGBT，而高頻段，隨著MOSFET和IGBT性能不斷改進(jìn)，SIT將失去存在價(jià)值。多臺(tái)電源的串并聯(lián)技術(shù)是在器件串并聯(lián)技