[發明專利]基于諧振頻率跟蹤的寬頻帶感應加熱電源

有效

• 申請號: 201810465731.1
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN108768183B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 方旭;王同輝;葉樹亮;唐波;侯德鑫
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M1/088;H05B6/04
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

本發明公開了一種基于諧振頻率跟蹤的寬頻帶感應加熱電源。本發明整流濾波電路、全橋逆變電路、阻抗匹配變壓器、諧振電路、過零比較電路、全數字頻率跟蹤控制器和全橋驅動電路，其中全數字頻率跟蹤控制器由數字鑒相器、數字濾波器和數字振蕩器組成；所述數字鑒相器由整形濾波器和相位比較器組成，所述的數字振蕩器由相位差頻率字控制器、基準頻率字控制器、相角閾值控制器、頻率字控制器和直接數字式頻率合成器組成。本發明采用全數字頻率跟蹤控器具有諧振頻率搜索快、頻帶寬和精度高的特點，本發明采用整形濾波器對代表負載電壓和電流相位的信號進行整形，減少了高頻抖動噪聲對相位比較器的影響，增強了系統的抗干擾能力。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，涉及一種應用于脈沖渦流熱成像的寬頻帶感應加熱電源，其具有高精度、全數字的諧振頻率跟蹤技術。

背景技術

脈沖渦流熱成像檢測技術結合了脈沖渦流和紅外熱成像兩種無損檢測技術，具有非接觸、檢測面積大、效率高和檢測結果直觀等特點，已成功應用于航空航天、交通運輸、核電反應等領域的金屬材料無損檢測和性能評估。該技術主要包括：感應加熱電源、紅外探測器和數據處理算法，其中感應加熱電源是系統最為重要的組成部分，電源的啟動時間和激勵頻率范圍等特性直接影響脈沖渦流熱成像的缺陷信號特征提取、檢測靈敏度和缺陷檢出率。

由于在感應加熱過程中，被加熱試樣的電導率和磁導率容易受到溫度的影響，導致負載的諧振頻率發生偏移。為了保證系統安全運行，傳統方法采用基于鎖相環芯片的頻率跟蹤技術，如中國專利《電磁感應加熱裝置和電磁爐》(公告號CN103607799B)，該方法存在外圍元器件較多、模擬器件易受到外界電磁干擾影響、跟蹤頻帶窄等不足；為了彌補模擬鎖相環的缺點，中國專利《一種利用諧振電流最大有效值尋優實現鎖相環的方法》(公告號CN103795407B)，采用追蹤負載電流最大值的方法尋找負載的諧振頻率，但是仍然存在諧振頻率搜索時間長、精度低等不足。

發明內容

為了克服現有諧振頻率跟蹤技術存在的外圍元器件多、諧振頻率搜索慢和精度低的缺點和不足，本發明提供了一種基于諧振頻率跟蹤的寬頻帶感應加熱電源。

本發明包括：整流濾波電路、全橋逆變電路、阻抗匹配變壓器、諧振電路、過零比較電路、全數字頻率跟蹤控制器和全橋驅動電路。

整流濾波電路由四個功率二極管D_s1、D_s2、D_s3、D_s4和電解電容C_d組成，其輸入端與市電相連，其輸出端與全橋逆變電路的輸入端相連。

全橋逆變電路包括四個功率管、四個超快恢復二極管，在功率管S1～S4的漏源極分別反并聯一個超快恢復二極管，并且S1的源極和S3的漏極相連構成左側橋臂的中點G2，S2源極和S4漏極相連構成右側橋臂的中點G1，G1和G2作為信號輸出端與阻抗匹配變壓器相連。

阻抗匹配變壓器的輸入端與全橋逆變電路的輸出端相連，其輸出端與諧振電路的輸入端相連。

諧振電路由磁軛探頭、檢測試樣和諧振電容C組成，其中磁軛探頭和檢測試樣之間的電磁耦合特性可等效為集總參數R和L，其輸入端與阻抗匹配變壓器的輸出端相連。

過零比較電路由電流互感器、采樣電阻、低通濾波器、高速過零比較器組成，將負載諧振電路的電流母線穿過電流互感器的中心孔，用于獲取諧振電路的電流信號，經過零比較器處理后得到代表負載電流相位的信號S_I，并輸入給全數字頻率跟蹤控制器。

全數字頻率跟蹤控制器由數字鑒相器、數字濾波器和數字振蕩器組成，經處理后輸出兩路互補的PWM信號，將其輸出給全橋驅動電路。

全橋驅動電路處理后輸出SW1、SW2、SW3和SW4四路信號，分別用于驅動功率開關管S1、S2、S3和S4。