文档介绍：串联谐振单相全桥逆变器常用控制方法的研究
吕宏,黄玉水,张仲超(浙江大学,浙江杭州310027)
摘   要: 讨论了几种常用的串联谐振单相全桥逆变器的功率和频率控制方法, 比较了各种方法的优缺点, 同时对脉宽加频率调制的方法进行了较深入的讨论。
    关键词: 调幅控制; 脉冲频率调制; 脉冲密度调制; 谐振脉冲宽度调制; 脉宽加频率调制
1 引言
    随着可自关断电力电子器件的发展, 串联谐振逆变电路获得越来越多的应用, 各种适合于串联谐振逆变电路的控制方法不断出现。本文对常用的调幅控制、脉冲频率调制、脉冲密度调制以及谐振脉冲宽度调制等控制方法进行了讨论和比较。特别对脉宽加频率调制的控制方法进行了较详细的分析。
2 串联谐振逆变器基本结构
    串联谐振逆变器的基本原理图如图 1所示。它包括直流电压源, 和由开关 S1~ S4组成的逆变桥及由 R、 L、 C 组成的串联谐振负载。其中开关 S1~ S4可选用 IGBT、 SIT、 MOSFET、 SITH 等具有自关断能力的电力半导体器件。逆变器为单相全桥电路, 其控制方法是同一桥臂的两个开关管的驱动信号是互补的, 斜对角的两个开关是同时开通与关断的。
3 串联谐振逆变器的控制方法
调幅控制( PAM) 方法
    调幅控制方法是通过调节直流电压源输出( 逆变器输入) 电压 Ud( 可以用移相调压电路, 也可以用斩波调压电路加电感和电容组成的滤波电路, 来实现调节输出功率的目的。即逆变器的输出功率通过输入电压调节, 由锁相环( PLL) 完成电流和电压之间的相位控制, 以保证较大的功率因数输出。
    这种方法的优点是控制简单易行, 缺点是电路结构复杂, 体积较大。
3. 2 脉冲频率调制(PFM)方法
    脉冲频率调制方法是通过改变逆变器的工作频率,从而改变负载输出阻抗以达到调节输出功率的目的。
    从串联谐振负载的阻抗特性
  
可知, 串联谐振负载的阻抗随着逆变器的工作频率( f) 的变化而变化。对于一个恒定的输出电压, 当工作频率与负载谐振频率偏差越大时, 输出阻抗就越高, 因此输出功率就越小, 反之亦然。
    脉冲频率调制方法的主要缺点是工作频率在功率调节过程中不断变化, 导致集肤深度也随之而改变, 在某些应用场合如表面淬火等, 集肤深度的变化对热处理效果会产生较大的影响, 这在要求严格的应用场合中是不允许的。但是由于脉冲频率调制方法实现起来非常简单, 故在以下情况中可以考虑使用它:
    1) 如果负载对工作频率范围没有严格限制, 这时频率必须跟踪, 但相位差可以存在而不处于谐振工作状态。
    2) 如果负载的 Q值较高, 或者功率调节范围不是很大, 则较小的频率偏差就可以达到调功的要求。
3. 3 脉冲密度调制( PDM) 方法
    脉冲密度调制方法就是通过控制脉冲密度, 实际上就是控制向负载馈送能量的时间来控制输出功率。其控制原理如图 2所示。
    这种控制方法的基本思路是: 假设总共有 N个调功单位, 在其中 M个调功单位里逆变器向负载输出功率; 而剩下的 N- M个单位内逆变器停止工作, 负载能量以自然振荡形式逐渐衰减。输出的脉冲密度为 M/N, 这样输出功率就跟脉冲密度联系起来了。因此