中頻感應加熱電源的設計

摘  要

中頻感應加熱以其加熱效率高、速度快，可控性好及易于實現(xiàn)機械化、自動化等優(yōu)點，已在熔煉、鑄造、彎管、熱鍛、焊接和表面熱處理等行業(yè)得到廣泛的應用。
本設計根據(jù)設計任務進行了方案設計，設計了相應的硬件電路，研制了20KW中頻感應加熱電源。
本設計中感應加熱電源采用IGBT作為開關器件，可工作在10 Hz～10 kHz頻段。它由整流器、濾波器、和逆變器組成。整流器采用不可控三相全橋式整流電路。濾波器采用兩個電解電容和一個電感組成Ⅱ型濾波器濾波和無源功率因數(shù)校正。逆變器主要由PWM控制器SG3525A控制四個IGBT的開通和關斷，實現(xiàn)DC-AC的轉換。
    設計中采用的芯片主要是PWM控制器SG3525A和光耦合驅動電路HCPL-316J。設計過程中程充分利用了SG3525A的控制性能，具有寬的可調工作頻率，死區(qū)時間可調，具有輸入欠電壓鎖定功能和雙路輸出電流。由于HCPL-316J具有快的開關速度（500ns），光隔離，故障狀態(tài)反饋，可配置自動復位、自動關閉等功能，所以選擇其作為IGBT的驅動。
對原理樣機的調試結果表明，所完成的設計實現(xiàn)了設計任務規(guī)定的基本功能。此外，為了滿足不同器件對功率需要的要求，設計了功率可調。這部分超出了設計任務書規(guī)定的任務。

關鍵詞：感應加熱電源；串聯(lián)諧振；逆變電路；IGBT

Abstract

The Intermediate Frequency Induction Heating has been widely applied in melting, casting, bend, hot forging, welding, Surface Heat Treatment due to its advantages of high heating efficiency、high speed、easily controlled、easily being mechanized and automated.
The scheme has made a plan of designs based on the task of design, designed corresponding hardware circuit and developed 20kW intermediate frequency induction heating power system.
The thesis discusses the Choice of converter scheme in detail. Series Resonance Inverter has another name is Voltage Inverter. Its Output Voltage approaches square wave and load current approaches sine-wave. Inversion must follow the Principles of break before make and there is enough dead-time between turn-off and turn on in order to avoiding direct through in upper and lower bridges.     The thesis discussed the Choice of converter scheme in detail as well as introduced the control circuit of this power source and its design principle. Develop 20kW intermediate frequency induction heating power system with switch element IGBT. Make a research on Converter Circuit, control circuit, driver circuit etc.
The CMOS chip that is applied in the design is mainly PWM Controller SG3525A and optical coupler Drive Circuit HCPL-316J. The controlled feature of PWM Controller SG3525A is fully utilized in the process of design, which has wide adjustable operating frequency and dead time, input under voltage lock function and twin channel output current. The optical coupler Drive Circuit HCPL-316J is chosen as the driven of IGBT due to its functions, such as fast switch speed (500ns), optical isolation, the feedback of fault situation, wide operating voltage (15V～30V), automatic reset and automatic close down etc.

Key words：Induction heating power supply; series resonance；inverse circuit；IGBT

目    錄

引言 1
1  緒論 2
1.1 感應加熱的工作原理 2
1.2 感應加熱電源技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 3
2  感應加熱電源實現(xiàn)方案研究 5
2.1 串并聯(lián)諧振電路的比較 5
2.2 串聯(lián)諧振電源工作原理 7
2.3 電路的功率調節(jié)原理 8
2.4 本課題設計思路及主要設計內容 8
3  感應加熱電源電路的主回路設計 9
3.1 主電路的主要設計元器件參數(shù) 9
3.2 感應加熱電源電路的主回路結構 9
3.2.1主回路的等效模型 10
3.2.2整流部分電路分析 13
3.2.3逆變部分電路分析 15
3.3 系統(tǒng)主回路的元器件參數(shù)設定 16
3.3.1整流二極管和濾波電路元件選擇 16
3.3.2IGBT和續(xù)流二極管的選擇 17
3.3.3槽路電容和電感的參數(shù)設定 18
4  控制電路的設計 19
4.1控制芯片SG3525A 19
4.1.1內部邏輯電路結構分析 20
4.1.2芯片管腳及其功能介紹 21
4.2 電流互感器 23
5  驅動電路的設計 24
5.1 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）對驅動電路的要求 24
5.1.1門極電壓對開關特性的影響及選擇 24
5.1.2門極串聯(lián)電阻 對開關特性的影響及選擇 25
5.2 IGBT過壓的原因及抑制 25
5.3 IGBT的過流保護 26
5.3.1設計短路保護電路的幾點要求 27
5.4 集成光電隔離驅動模塊HCPL-316J 27
5.4.1器件特性 27
5.4.2芯片管腳及其功能介紹 28
5.4.3內部邏輯電路結構分析 28
5.4.4器件功能分析 29
5.4.5驅動電路的試驗和注意問題 30
6  輔助直流穩(wěn)壓電源 31
6.1 三端固定穩(wěn)壓器 31
6.2 本次設計用的的電源 32
6.2.1 18伏，15伏穩(wěn)壓電壓電源 32
6.2.2 ±12伏，±5伏雙路穩(wěn)壓電源 32
6.2.3元器件選擇及參數(shù)計算 33
7  硬件調試 34
8  結論 35
致謝 37
參考文獻 38
附錄一 整體電路原理圖 39
附錄二控制電路PCB 40