一种新型感应加热电源双机并联拓扑的研究

现代感应加热电源正朝着大功率，高频化方向发展。这对现代电力电子器件来说是一个相当大的挑战。传统的方法是采用器件串并联的方式，但这存在器件之间均流均压闲难的问题，特别是当器件串并联很多时，则需要保证精确的同步信号，以避免器件之间的环流损坏电力电子器件。但在很多情况下这很难精确保证。特别是当串并联器件较多功率等级很大吋，信号线上延时将对器件之间的环流产生恶劣的影响，所以采用器件申并联的方式时，器件数量、最大功率都将受到限制。基于此，一种新型的LLC拓扑被提出，它的优良特性可有效地减少逆变桥并联之间的环流，通过参数设计可以均衡各桥的功率分配，降低器件的损耗，从而有效地解决了逆变桥并联中出现的一些问题，有利于感应加热电源多桥并联，提高输出功率和可靠性。

l 单机LLC分析

电压型LLC负载拓扑如图1所示。由图1可知，不同之处是在以往LC并联负载基础上再串联一个电感L1，L2和R为感应圈的等效电路，通常L1比L2大很多，L1参与谐振并起到隔离负载和电源，调节功率分配的作用。可见它与传统感应加热电源中的负载匹配变压器作用很相似，因而可以消除造价昂贵，效率不高的高频变压器，使得整个装置的体积缩小、重量减轻。LLC谐振电路阻抗表达式为

由基本的电路分析可得它有两个谐振频率， 一个是并联谐振频率f0和一个串联谐振频率f1

式中：Leq=L1//L2。

定义k=L1/L2，一般来说k值较大以满足负载匹配的要求，因此f0与f1很接近。为了获得较大功率以及控制系统设计方便，系统的理想工作点在f1。Q=L2ωo/R≈L2ω1/R为了负载的品质因数{Q》])，将k》1，Q代入式(1)，则在谐振点有

由式(3)可知在ω1、点电源工仵在感性状态以保证开关管可靠换流，且电容上电压滞后逆变器输出电压90°。可以证明在ω1点为输出功率最大值。

由式(4)可看出电感L1起到阻抗变换，功率调节作用。系统功率曲线以及阻抗特性曲线如图2所示。

从图2中可以看出φ(ω)在整个频域内是非单调函数，这种特性不利于用锁相环控制．相反θ(ω)=arg(vc/v1)却呈单调变化特性，且在ω1点有θ(ω1)≈—90°，所以．θ(ω)可作为控制变量引入到PLL中，从而锁定在階振点。电容上电压最大值出现在谐振点ω1。 vc ≈v1Q/k (5)

2 感应加热并联模块环流分析

LLC谐振负载最大的优点是有利于感应加热中的多机并联，它小需要在逆变器之间附加任何元件，即使各桥的信弓延时角度很大也能保证系统止常工作，抑制各桥之间的环流，调节各逆变器的输出功率，多机并联图如图3所示。

来源：21IC电子网