CN108924980B - 基于电压叠加原理的任意双频功率信号发生电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的基于电压叠加原理的任意双频功率信号发生电路，包括全桥逆变主电路直流电源，全桥逆变主电路直流电源与全桥逆变主电路相连，全桥逆变主电路与变压器相连，变压器与负载电路连接，变压器还分别与正信号调制电路和负信号调制电路连接。本发明公开的基于电压叠加原理的任意双频功率信号发生电路，解决了现有技术中存在的单逆变器双频感应加热电源输出信号频率受限，不能任意调节的问题。利用电压叠加原理，将正、负信号调制电路的输出电压交替叠加在主电路低频方波信号的正、负波形电压上，合成双频功率信号输出给负载。正、负信号调制电路和主电路的输出电压频率可单独调节，可任意改变合成信号的谐波频率。

Description

基于电压叠加原理的任意双频功率信号发生电路
技术领域
本发明属于感应加热电源技术领域，具体涉及一种基于电压叠加原理的任意双频功率信号发生电路。
背景技术
在感应加热应用中，由于感应线圈中电流的频率与被加热工件的加热厚度(透入深度)成反比，电流的频率势必影响到工件不同部分加热功率的分布及升温速度，已有的研究表明，感应线圈中的电流频率是决定工件加热性能的重要因素。因此，在处理表面几何形状复杂的加热工件时，单一频率的感应电流对不同部分不一致的加热效果，将严重影响工件的加工质量。
双频率感应加热方式是目前提出的解决此类表面几何形状复杂工件热处理问题的唯一途径。双频率感应加热技术，采用双频率的感应电流，同时对工件需要处理的不同部分施加能量，使得工件不易产生变形。它将有利于提高汽车、航空等工业所需各种零配件产品及板材的质量，减小因产品变形、磨损引起汽车、飞机故障的几率。近年来国内外已有一些双频感应加热的方法被提出，同步双频感应加热技术(Simultaneous dual frequency，SDF)，是在一个感应线圈上同时使用两种不同频率对一个工件进行处理，基于SDF技术，采取双逆变器结构的方案已在国内外的工业领域得到了实际应用。但它的技术实现中存在着以下的缺陷：双逆变器控制方式复杂，同步实现困难；两逆变器功率耗散不均衡；电磁干扰现象严重。基于SDF技术的单逆变器双频率感应加热电源技术也已经进行了实验室研究，但其输出信号频率受限，只能输出中、高频信号。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电压叠加原理的任意双频功率信号发生电路，解决了现有技术中存在的单逆变器双频感应加热电源输出信号频率受限，不能任意调节的问题。
本发明所采用的技术方案是，基于电压叠加原理的任意双频功率信号发生电路，包括全桥逆变主电路直流电源，全桥逆变主电路直流电源与全桥逆变主电路相连，全桥逆变主电路与变压器相连，变压器与负载电路连接，变压器还分别与正信号调制电路和负信号调制电路连接。
本发明的其他特点还在于，
全桥逆变主电路包括功率开关管IGBT Ga1和功率开关管IGBT Ga3，功率开关管IGBT Ga1的源极和功率开关管IGBT Ga3的源极均与全桥逆变主电路直流电源的正极连接，功率开关管IGBT Ga1的漏级与功率开关管IGBT Ga2的源极连接，功率开关管IGBT Ga3的漏级与功率开关管IGBT Ga4的源极连接，功率开关管IGBT Ga2的漏级与功率开关管IGBT Ga4的漏级均与全桥逆变主电路直流电源的负极连接，功率开关管IGBT Ga1和功率开关管IGBT Ga2之间的节点与变压器的原边一端连接，功率开关管IGBT Ga3和功率开关管IGBT Ga4之间的节点与变压器的原边另一端连接。
正信号调制电路包括功率开关管IGBT Ga5，功率开关管IGBT Ga5的漏级与变压器的副边端口连接，功率开关管IGBT Ga5的源极与调制电路直流电源的正极连接，调制电路直流电源的负极与负载电路的端口连接。
负信号调制电路包括功率开关管IGBT Ga6，功率开关管IGBT Ga6的漏级与负载电路的端口连接，功率开关管IGBT Ga6的源极与负信号调制电路直流电源的正极连接，负信号调制电路直流电源的负极与变压器的副边端口连接。
本发明的有益效果是，基于电压叠加原理的任意双频功率信号发生电路，解决了现有技术中存在的单逆变器双频感应加热电源输出信号频率受限，不能任意调节的问题。利用电压叠加原理，将正、负信号调制电路的输出电压交替叠加在主电路低频方波信号的正、负波形电压上，合成双频功率信号输出给负载。正、负信号调制电路和主电路的输出电压频率可单独调节，可任意改变合成信号的谐波频率。
附图说明
图1是本发明基于电压叠加原理的任意双频功率信号发生电路的拓扑结构图；
图2为双频功率信号发生电路输出基频和三倍频信号的输出电压波形；
图3是双频功率信号发生电路输出基频和五倍频信号的输出电压波形。
图中，1.全桥逆变主电路直流电源，2.全桥逆变主电路，3.变压器，4.正信号调制电路，5.负信号调制电路，6.负载电路，7.变压器副边端口，8.负载电路端口，9.正信号调制电路直流电源，10.负信号调制电路直流电源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的基于电压叠加原理的任意双频功率信号发生电路，如图1所示，包括全桥逆变主电路直流电源1，全桥逆变主电路直流电源1与全桥逆变主电路2相连，全桥逆变主电路2与变压器3相连，变压器3与负载电路6相连，变压器3还分别与正信号调制电路4和负信号调制电路5连接。
全桥逆变主电路包括功率开关管IGBT Ga1和功率开关管IGBT Ga3，功率开关管IGBT Ga1的源极和功率开关管IGBT Ga3的源极均与全桥逆变主电路直流电源1的正极连接，功率开关管IGBT Ga1的漏级与功率开关管IGBT Ga2的源极连接，功率开关管IGBT Ga3的漏级与功率开关管IGBT Ga4的源极连接，功率开关管IGBT Ga2的漏级与功率开关管IGBT Ga4的漏级均与全桥逆变主电路直流电源1的负极连接，功率开关管IGBT Ga1和功率开关管IGBT Ga2之间的节点与变压器3的原边一端连接，功率开关管IGBT Ga3和功率开关管IGBT Ga4之间的节点与变压器3的原边另一端连接。
正信号调制电路4包括功率开关管IGBT Ga5，功率开关管IGBT Ga5的漏级与变压器3的副边端口7连接，功率开关管IGBT Ga5的源极与调制电路直流电源9的正极连接，调制电路直流电源9的负极与负载电路6的端口8连接。
负信号调制电路5包括功率开关管IGBT Ga6，功率开关管IGBT Ga6的漏级与负载电路6的端口8连接，功率开关管IGBT Ga6的源极与负信号调制电路直流电源10的正极连接，负信号调制电路直流电源10的负极与变压器3的副边端口7连接。
本发明的基于电压叠加原理的任意双频功率信号发生电路的工作原理如下：全桥逆变主电路2产生低频的正负方波电压信号，正负方波电压信号通过变压器3输出至变压器3的副边；正信号调制电路4和负信号调制电路5周期性地交替工作，正信号调制电路4工作，功率开关管IGBT Ga5开通，负信号调制电路5不工作，功率开关管IGBT Ga6关断；负信号调制电路5工作，功率开关管IGBT Ga6开通，正信号调制电路4不工作，功率开关管IGBT Ga5关断；正负方波电压信号经正信号调制电路4和负信号调制电路5调制后的合成信号即为双频功率信号，该信号输出至负载电路6，通过改变正信号调制电路4中功率开关管IGBT Ga5的触发频率和负信号调制电路5中功率开关管IGBT Ga6的触发频率，调节双频功率信号的谐波频率；通过改变全桥逆变主电路2的工作频率，调节双频功率信号的基波频率；实现任意双频功率信号输出。
本发明的基于电压叠加原理的任意双频功率信号发生电路，基于电压叠加原理，利用正、负调制电路的输出电压，交替叠加于主电路的正、负电平电压上，实现双频功率信号输出，通过改变正、负调制电路的工作频率，可任意调节双频功率信号的谐波频率，满足负载对不同信号频率的需求，工作方式简单，提高了感应加热电源双频功率信号的可调节特性及能量利用率。
具体实施例
全桥逆变主电路工作频率为f＝5kHz，分别将正、负调制电路中功率开关管IGBTGa5和功率开关管IGBT Ga6的触发频率从3f(15kHz)调节为5f(25kHz)。
图2为双频功率信号发生电路输出基频和三倍频信号的输出电压波形，图3是双频功率信号发生电路输出基频和五倍频信号的输出电压波形。由图2和图3可以看出，本发明的双频功率信号发生电路能通过简单地调节正、负调制电路的工作频率，产生任意的双频信号输出，双频感应加热电源具有更加灵活的频率调节特性和谐波能量利用率。

Claims (2)

1.基于电压叠加原理的任意双频功率信号发生电路，其特征在于，包括全桥逆变主电路直流电源(1)，所述全桥逆变主电路直流电源(1)与全桥逆变主电路(2)相连，所述全桥逆变主电路(2)与变压器(3)相连，所述变压器(3)与负载电路(6)连接，所述变压器(3)还分别与正信号调制电路(4)和负信号调制电路(5)连接，所述正信号调制电路(4)包括功率开关管IGBT Ga5，所述功率开关管IGBT Ga5的漏级与所述变压器(3)的副边端口(7)连接，所述功率开关管IGBT Ga5的源极与调制电路直流电源(9)的正极连接，所述调制电路直流电源(9)的负极与所述负载电路(6)的端口(8)连接，所述负信号调制电路(5)包括功率开关管IGBTGa6，所述功率开关管IGBT Ga6的漏级与所述负载电路(6)的端口(8)连接，所述功率开关管IGBT Ga6的源极与负信号调制电路直流电源(10)的正极连接，所述负信号调制电路直流电源(10)的负极与所述变压器(3)的副边端口(7)连接。
2.如权利要求1所述的基于电压叠加原理的任意双频功率信号发生电路，其特征在于，所述全桥逆变主电路(2)包括功率开关管IGBT Ga1和功率开关管IGBT Ga3，所述功率开关管IGBT Ga1的源极和功率开关管IGBT Ga3的源极均与所述全桥逆变主电路直流电源(1)的正极连接，所述功率开关管IGBT Ga1的漏级与功率开关管IGBT Ga2的源极连接，所述功率开关管IGBT Ga3的漏级与功率开关管IGBT Ga4的源极连接，所述功率开关管IGBT Ga2的漏级与功率开关管IGBT Ga4的漏级均与所述全桥逆变主电路直流电源(1)的负极连接，所述功率开关管IGBT Ga1和所述功率开关管IGBT Ga2之间的节点与所述变压器(3)的原边一端连接，所述功率开关管IGBT Ga3和所述功率开关管IGBT Ga4之间的节点与变压器(3)的原边另一端连接。
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