【正文】 通過(guò)M1D2的電壓從0到vcr(t)+vcf(t).M1顯示了硬開(kāi)關(guān)特性，它的電壓等于Lf的電壓減去諧振電壓。t1t，M1開(kāi)通。M1關(guān)斷，(t)=vCf(t)，iCr(t)=，Lf電流和整流線電壓相同。圖6是變換器以20%占空比工作的波形。這樣，所提出的電路可以提供從美國(guó)到歐洲的線路電壓，提供可以承受的開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力。正如文獻(xiàn)【1】所述，在負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中僅由一個(gè)電感和一個(gè)電容的E類(lèi)放大器，開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力是和占空比成正比的，負(fù)載波形失真和高占空比關(guān)系不大。如果刪除二極管D3，開(kāi)關(guān)中的換相將是全波ZVS，所以這個(gè)二極管的使用是可選的。在開(kāi)關(guān)管上串聯(lián)一個(gè)二極管以避免電流從整流交流電壓AC到濾波電容Cf循環(huán)。圖4a是兩個(gè)階段的電路，圖4b說(shuō)明如何通過(guò)使用一個(gè)開(kāi)關(guān)管把兩個(gè)階段集合成一個(gè)電路。這種變換器提高了個(gè)輸入功率因數(shù)，當(dāng)占空比小于50%工作時(shí)，輸出電壓比輸入電壓低，因此，降低了開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力。因此，在占空比小于50%，低開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力，高輸入功率因數(shù)的條件下進(jìn)行選擇。鎮(zhèn)流器通過(guò)在一個(gè)電路中使用一個(gè)開(kāi)關(guān)整合了功率因數(shù)校正諧振逆變。為了降低燈的波峰系數(shù)，諧振逆變器應(yīng)該在占空比小于50%工作。圖3c是把這個(gè)并聯(lián)電路轉(zhuǎn)換成變壓器的原邊。圖3b,，3c，3d闡述了簡(jiǎn)化過(guò)程的等效電路。這個(gè)電路和文獻(xiàn)【11】中的電路很相似，僅在電路中串聯(lián)一個(gè)電感來(lái)提高CCF。這通過(guò)在負(fù)載中串聯(lián)電感解決，這種方法結(jié)合了漏感的影響，提高了CCF。漏感的存在稍微提高了熒光燈的電流紋波。文獻(xiàn)【11】中電路分析考慮了變壓器漏感的影響，但是，變壓器占空比和負(fù)載電壓電流之間的關(guān)系沒(méi)有明確的建立。圖2c和圖2b相似，只是用變壓器代替了電感。正如文獻(xiàn)【9】中所述，E類(lèi)放大器在負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中僅由一個(gè)電感和一個(gè)電容可以用不同的幾種不同的方式實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。并且，開(kāi)關(guān)是零電壓開(kāi)通關(guān)斷。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)僅由一個(gè)晶體管、一個(gè)RLC并聯(lián)諧振和一個(gè)開(kāi)關(guān)組成的。電子鎮(zhèn)流器電路的推導(dǎo)和分析（3） 電子鎮(zhèn)流器電路的推導(dǎo)電子鎮(zhèn)流器電路由降壓—升壓變換器和負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)電感和一個(gè)電容的E類(lèi)放大器集合而成。第四節(jié)給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第二節(jié)對(duì)電路做了推導(dǎo)與分析。主要缺點(diǎn)是這種拓?fù)潆娐吩陂_(kāi)關(guān)管上電流應(yīng)力很高。使用的電源開(kāi)關(guān)是帶二極管的MOSFET。本文中，通過(guò)使用變壓器代替諧振電感并在變壓器副邊串聯(lián)電感后接熒光燈來(lái)避免這個(gè)問(wèn)題。在占空比低于50%下工作降低開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力，因此降壓—升壓變換器工作在降壓模式下，來(lái)降低開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力。這種鎮(zhèn)流器通過(guò)集成調(diào)節(jié)功率因數(shù)的降壓—升壓變換器和實(shí)現(xiàn)諧振的并聯(lián)諧振E類(lèi)放大器獲得。但是，它的主要缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)管兩端的電壓應(yīng)力高，是電源電壓的4倍。為了減少鎮(zhèn)流器的元件數(shù)量，文獻(xiàn)中已經(jīng)提出了在幾個(gè)集成拓?fù)潆娐分杏肊類(lèi)放大器代替D類(lèi)放大器。D類(lèi)放大器和半橋逆變器都是使用兩個(gè)晶體管輸出方波。通常情況下，D類(lèi)放大器或半橋逆變器時(shí)候用來(lái)實(shí)現(xiàn)諧振的。這種單一的階段既調(diào)節(jié)輸入功率因數(shù)，也用于驅(qū)動(dòng)熒光燈。諧振逆變器應(yīng)該提供一個(gè)交替對(duì)稱(chēng)的電流來(lái)保證燈的兩個(gè)電極的磨損相同。同時(shí)，它產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的直流輸出電壓提供給第二個(gè)階段。第一個(gè)階段是有源功率因數(shù)校正階段，是通過(guò)全橋不控整流實(shí)現(xiàn)。圖一是一個(gè)傳統(tǒng)的緊湊型熒光燈鎮(zhèn)流器的電路框圖。這就是為什么現(xiàn)在存在盡可能減少電子鎮(zhèn)流器的成本這樣一種趨勢(shì)，是為了使它們相對(duì)于傳統(tǒng)的電磁鎮(zhèn)流器有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。這種較高的初始成本是通過(guò)在長(zhǎng)期使用中它有更高的效率和更長(zhǎng)的壽命來(lái)補(bǔ)償?shù)摹４送?，使用電子?zhèn)流器發(fā)光的緊湊型熒光燈具有體積小、質(zhì)量輕、效率高的優(yōu)點(diǎn)。介紹熒光燈在家里使用代替了白熾燈而逐漸成為一種非常受歡迎的光源。降壓—升壓轉(zhuǎn)換器用于功率因數(shù)校正。附錄4英文翻譯用于熒光燈的一種新型高功率因數(shù)單開(kāi)關(guān)電子鎮(zhèn)流器摘要——本文介紹了一種基于E類(lèi)放大器和通過(guò)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)低電壓應(yīng)力的高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器熒光燈。具體時(shí)間安排如下：第十一周到十二周：根據(jù)雙E類(lèi)逆變器電路原理，要使電路工作在最佳狀態(tài)，設(shè)計(jì)合理的閉環(huán)控制電路；第十三周：計(jì)算參數(shù)，對(duì)閉環(huán)電路進(jìn)行仿真；第十四到十七周：整理所設(shè)計(jì)的電路，寫(xiě)論文。然后對(duì)整個(gè)閉環(huán)電路進(jìn)行仿真，驗(yàn)證方案的可行性。鎖頻鎖相電路就是實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤和相位鎖定功能的控制電路。逆變器工作頻率與負(fù)載諧振頻率的不同關(guān)系對(duì)應(yīng)著逆變器的不同工作狀態(tài)，為了保證逆變器在設(shè)定的安全工作狀態(tài)下工作，逆變控制電路必須具有頻率自動(dòng)跟蹤功能，以跟隨負(fù)載諧振頻率變化。 ClassEa new class of high efficiency tuned singleended switching power amplifiers, IEEE J. Solidstate Circuits,1975,SC10, 【13】李?lèi)?ài)文，張承慧. 現(xiàn)代逆變技術(shù)及其應(yīng)用. 北京；科學(xué)技術(shù)出版社， 2000【14】, and .”O(jiān)ptimun performance of class E amplifier with inductive pensation.” Asia Pacific Microwave ’92,1993,(Taiwan).【15】陶永華，一種新型功率MOSFET逆變器的研究. 電力電子技術(shù). 1997（5）；2528【16】沈旭，吳兆麟，等，20KW/300KHz高頻感應(yīng)加熱電源，電力電子技術(shù)，30（2）1996，10—13三、設(shè)計(jì)過(guò)程遇到的問(wèn)題E類(lèi)逆變器是新接觸的，在以前沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)。電子技術(shù)應(yīng)用，1997 10 51^52【7】王華民，李朝陽(yáng)，鎖相技術(shù)在感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用，西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，15:52~55【8】何廣敏，趙萬(wàn)生，王致良 影響MOSFET開(kāi)關(guān)速度的因素分析 《機(jī)械與電子》2000（1）【9】余岳輝，大功率電力電子器件的線發(fā)展，電源技術(shù)應(yīng)用，1999（3）【10】 and Hobson, High power classE amplifier for highfrequency induction heating applications, IEEE Proceedings of Electronic Power Applications, 1988, 24(14)。低通濾波器的時(shí)間參數(shù)決定了跟蹤輸入信號(hào)的速度，同時(shí)也限制了鎖相環(huán)的捕捉范圍。相位比較器輸出信號(hào)Vo（t）正比于Vi（t）和Vo（t）的相位差。鎖相環(huán)功能框圖如圖所示。主電路仿真波形 負(fù)載電流、電壓仿真波形鎖相環(huán)功能原理鎖相環(huán)主要由3個(gè)基本單元構(gòu)成：相位比較器PD，壓控振蕩器VCO和外接的R、C無(wú)源低通濾波器LPF。此時(shí)I2=is2.t4t5階段：=I2+io，開(kāi)關(guān)管S2的電流繼續(xù)增大，由于此時(shí)開(kāi)關(guān)管S1關(guān)斷，Ie=io+ic1，io不斷增大，ic1不斷減少，直到減少到零，電容C1的電壓達(dá)到峰值。S1由開(kāi)通轉(zhuǎn)向關(guān)斷，S2由關(guān)斷轉(zhuǎn)向開(kāi)通t3t4階段：流向開(kāi)關(guān)管S1的電流轉(zhuǎn)移到旁路電容C1，開(kāi)始在C1建立電壓，即ic1=Ie+io，此時(shí)由于開(kāi)關(guān)管S2開(kāi)通，電流I2分別轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)管S2以及負(fù)載。此時(shí)負(fù)載電流Io開(kāi)始反向上升（規(guī)定負(fù)載電流從左向右為正向），由于電流I2恒定，電容C2的充電電流不斷減少，直到減少到零，此刻電流I2全部轉(zhuǎn)向負(fù)載，即io=I2.t2t3階段：由于此時(shí)電容C2的電壓已被充至峰值，C2開(kāi)始放電，流經(jīng)Cr，R，Lr，S1，電容C2上的電壓開(kāi)始減少。在這期間，負(fù)載電流io逐漸減少，直到負(fù)載電流減少到零，進(jìn)入下一階段。其工作過(guò)程主要分為兩個(gè)階段：S1由關(guān)斷轉(zhuǎn)向開(kāi)通，S2由開(kāi)通轉(zhuǎn)向關(guān)斷t0t1階段：電流Ie開(kāi)始流入開(kāi)關(guān)管S1，開(kāi)關(guān)管上的電流is1開(kāi)始上升，即is1=Ieio，由于Ie恒定，流向負(fù)載的電流開(kāi)始減少。主電路工作過(guò)程圖：雙E類(lèi)逆變器電路圖為雙E類(lèi)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)具體實(shí)施方案設(shè)計(jì)思路本文主要對(duì)雙E類(lèi)軟開(kāi)關(guān)逆變器進(jìn)行研究，在理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)感應(yīng)加熱用雙E類(lèi)逆變器的控制電路，達(dá)到鎖頻鎖相的功能。設(shè)計(jì)了控制電路的框圖：電流檢測(cè)波形變換逆變器驅(qū)動(dòng)電路壓控振蕩器濾波器鑒相器 相位補(bǔ)償在接下來(lái)的工作中還需要對(duì)控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)鎖相的基本原理，具體掌握鑒相器、濾波器和壓控振蕩器的組成電路與工作過(guò)程。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在原有頻率不變的情況下，極大提高了輸出功率，對(duì)下一步開(kāi)發(fā)研究高頻大功率逆變電源提供了廣闊的前景。E類(lèi)逆變器可以很好的應(yīng)用在DCDC變換，DCAC變換中，可以應(yīng)用在要求很高頻率的正弦波輸出場(chǎng)合。 886888【11】Lee D,Hyun Hybrid control scheme of activeclamped class E inverter with induction heating jar for high power application, Electronic Power Application[J],IEEE Proceedings,2004,151(6):704710【12】SOKAL,., and SOKAL,.。五、主要參考文獻(xiàn) 【1】沈錦飛，惠晶，吳雷，E類(lèi)高頻諧振DC/AC變換器[J]，電力電子技術(shù)，2002,36 （6）【2】劉鋒，王華民，劉慶豐，孔令枝，一種新型逆變器的分析與設(shè)計(jì)[J]電力電子技術(shù)，2004,38 （4）【3】蘇娟 高頻功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路及并聯(lián)特性研究 西安理工大學(xué)碩士論文【4】李永平,董欣，PSpice電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，國(guó)防工業(yè)出版社，2005【5】張長(zhǎng)法，劉鋒，一種適應(yīng)于感應(yīng)加熱用新型逆變器，制造業(yè)自動(dòng)化，2004，26：16~19【6】毛鴻、王翔，CD4046集成所相環(huán)在感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用。失調(diào)狀態(tài)開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的時(shí)候產(chǎn)生較大的瞬時(shí)功率在失調(diào)狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)管兩端的電壓在其沒(méi)有諧振到零就開(kāi)通，所以不是零電壓開(kāi)通，而且由于并聯(lián)在開(kāi)關(guān)管兩端的電容容量較大，這時(shí)在電容上 還存在的正向電壓直接對(duì)導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)管放電，會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)管造成很大的電流沖擊，不僅這時(shí)的開(kāi)通損耗很大，而且嚴(yán)重的時(shí)候還有可能損壞開(kāi)關(guān)管。并聯(lián)型諧振逆變器抗負(fù)載短路能力較強(qiáng)，故這種諧振逆變器的短路保護(hù)是十分容易的。而POWER MOSFET是一種理想的電壓控制器件，開(kāi)關(guān)速度快，驅(qū)動(dòng)功率小，安全工作區(qū)寬，具有更好的高頻特性。其采用SIT的固態(tài)高頻感應(yīng)加熱電源的水平達(dá)400KW/400KHz，早先的電子管電源工作頻率可以達(dá)到300k~400kHz。三、發(fā)展趨勢(shì)： 目前，感應(yīng)加熱電源正向著大功率、高頻化方向發(fā)展。現(xiàn)在，電力電子應(yīng)用國(guó)家工程中心設(shè)計(jì)研制出了5~50KW/100~400KHz高頻MOSFET逆變電源。在高頻這一頻段可供選擇的全控型器件只有靜電感應(yīng)晶體管（SITH）和功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET），前者是日本研制的3KW~200KW，20KHz~300KHz，系列高頻電源，后者由歐美采用MOSFET研制成功輸出頻率為200~300KHz，輸出功率為100~400KW的高頻電源。二、研究主要成果 1970年浙大研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)100Kw/1KHz晶閘管中頻電源以來(lái)，國(guó)產(chǎn)KGPS系列中頻電源已覆蓋了中頻機(jī)組的全部型號(hào)。其缺點(diǎn)是電路中為防止上下橋臂直通而設(shè)置的死區(qū)時(shí)間使開(kāi)關(guān)頻率的增加收到限制，同時(shí)高頻工作時(shí)由于功率器件數(shù)目多而造成開(kāi)關(guān)損耗急劇上升。目前，感應(yīng)加熱電源DC/AC逆變器一般采用橋式諧振電路。眾所周知，以上這些行業(yè)中的傳統(tǒng)加熱方法大多是以煤、油、氣為能源或箱式電爐加熱，存在能耗高、勞動(dòng)條件差、環(huán)境污染嚴(yán)重、工藝質(zhì)量難以控制等缺陷，嚴(yán)重制約了我國(guó)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。由于感應(yīng)加熱具有加熱速度快、物料內(nèi)部發(fā)熱和熱效率高、加熱均勻且具有選擇性、產(chǎn)品質(zhì)量好、幾乎無(wú)污染、可控性好及易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。 886888【11】Lee D,Hyun Hybrid control scheme of activeclamped class E inverter with induction heating jar for high power application, Electronic Power Application[J],IEEE Proceedings,2004,151(6):704710【12】SOKAL,., and SOKAL,.。五、主要參考文獻(xiàn) 【1】沈錦飛，惠晶，吳雷，E類(lèi)高頻諧振DC/AC變換器[J]，電力電子技術(shù)，2002,36 （6）【2】劉鋒，王華民，劉慶豐，孔令枝，一種新型逆變器的分析與設(shè)計(jì)[J]電力電子技術(shù)，2004,38 （4）【3】蘇娟 高頻功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路及并聯(lián)特性研究 西安理工大學(xué)碩士論文【4】李永平,董欣，PSpice電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，國(guó)防工業(yè)出版社，2005【5】張長(zhǎng)法，劉鋒，一種適應(yīng)于感應(yīng)加熱用新型逆變器，制造業(yè)自動(dòng)化，2004，26：16~19【6】毛鴻、王翔，CD4046集成所相環(huán)在感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用。最后根據(jù)所計(jì)算的參數(shù)，利用pspice軟件進(jìn)行仿真，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)方案是否可行。并掌握雙E類(lèi)逆變器的工作原理，了解MOSFET的開(kāi)關(guān)特性，研究如何提高M(jìn)OSFET的開(kāi)關(guān)頻率，如何降低MOSFET的高頻開(kāi)關(guān)損耗，解決雙管并聯(lián)時(shí)電流的均衡問(wèn)題；根據(jù)要求計(jì)算各參數(shù)，選擇合理的器件。接下來(lái)具體設(shè)計(jì)與研究。在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)需要考慮電流的均衡問(wèn)題；設(shè)計(jì)合理的驅(qū)動(dòng)控制電路；利用pspice進(jìn)行仿真，驗(yàn)證可行性。本文主要針對(duì)頻率為MHz情況下采用功率MOSFET為主器件的雙E類(lèi)逆變器拓?fù)潆娐愤M(jìn)行研究，并設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)控制電路對(duì)開(kāi)關(guān)管進(jìn)行控制，然后利用仿真軟件pspice進(jìn)行仿真。感應(yīng)加熱電源由于其諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)上已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題 對(duì)于感應(yīng)加熱的逆變器，提高開(kāi)關(guān)管的效率是非常重要的，如果能夠?qū)㈤_(kāi)關(guān)管的效率由