（已仔细分析）经典电磁炉主谐振电路的研究和功率控制

总结: 详细分析了电磁炉主谐振电路的拓扑结构和工作过程. 基于模糊控制理论，提出了一种在负荷变化时控制功率稳定性的智能控制方法.

关键字: 电磁炉；主谐振电路；模糊控制

由功率电子电路组成的电磁炉是一种新型电磁炉，它利用电磁感应加热原理使锅体涡流？由于其高热效率？易于使用？不能吸烟？没有气体污染吗？安全卫生等优点，是否非常适合现代家庭？电磁炉的主要电路是AC / DC / AC转换器，它由桥式整流器和电压谐振转换器组成. 本文分析了电磁炉主谐振电路的拓扑结构和工作过程.

当电磁炉负载（锅）的尺寸和材料改变时，负载的等效电感将发生变化，这将导致电磁炉主电路的谐振频率发生变化，从而使电磁炉的输出功率电磁炉会不稳定，经常使功率管IGBT过压损坏吗？针对这种情况，提出了一种双闭环控制结构和模糊控制方法，以在负载变化时保持电磁炉的输出功率稳定. 实际运行结果证明了设计的有效性和可靠性？ <

1.1电磁炉主回路的拓扑结构

电磁炉的主电路如图1所示. 主电源通过桥式整流器转换为直流电，然后通过电压谐振转换器转换为频率为20〜30kHz的交流电. 电压谐振转换器是一种零电压低开关损耗型（ZVS）转换器，功率开关管的开关动作由单片机控制，由驱动电路完成吗？

可以将电磁炉和负载电磁炉的加圈视为空心变压器. 次级负载具有等效的电感和电阻. 通过将次级负载的电阻和电感转换为初级，可以得到图2所示的等效电路.

其中R *是反射到初级的次级电阻的等效负载电阻； L *是反射到初级并与初级电感L？叠加的次级电感的等效电感.

1.2电磁炉主回路的工作过程

电磁炉主回路的工作过程可分为三个阶段，各阶段的等效电路如图3所示:

研究工作周期的情况并将主开关打开的时刻定义为t0？时序波形如图4所示？

根据主开关在零电压下导通的特性，在时间t0，主开关上的电压uce = 0，那么Cr uc上的电压uc = uce-Udc = -Udc？如图3（a）所示，打开主开关. 然后，在R *和L *支路和Cr？两端加电源电压Udc. 由于Cr上的电压已经为-Udc，因此Cr上的电流为0？电流仅流过R *和L *分支吗？流过IGBT的电流等于流过L *的电流iL吗？从图3（a）可以得出方程式（1）？

可以看出，iL根据指数定律单调增加吗？流经R *形成功率输出，流经L *并存储能量？在时间t1，IGBT关断，iL达到最大值Im？此时，仍然存在uc = -Udc，uce = 0？ IL换向开始流入Cr，但是Cr两端的电压不能突然变化，因此IGBT在零电压时关闭吗？

在IGBT关断后，L *和Cr交换能量并发生共振，同时在R *上消耗能量以形成功率输出？等效电路如图3（b）和图3（c）所示. 它也分为两个阶段讨论吗？波形在图4中以iL和uc表示. 从图3（b）的等效电路来看？图3（c）中的方程（3）可以得到方程系统？

L *（di / dt）+ iLR * + uc = 0

Cr（duc / dt）= iL（3）

从初始条件iL（t1）= Im，uc（t1）= -Udc，求解微分方程（3）并替换初始条件，您可以得到以下结果:

IGBT上的电压:

在公式中: δ= R * / 2L *是衰减系数；

φ是由电路的初始状态和电路参数确定的初始相位角；

β是仅由电路参数确定的，滞后于uc的iL相角吗？

从以上结果可以看出，当IGBT关断时电磁炉电路图讲解，uc和iL呈现衰减的正弦振荡，而uce是Udc和uc的叠加，其以Udc为轴呈现衰减的正弦振荡，这是第一个正峰值是施加到IGBT的最高电压吗？首先电磁炉电路图讲解，L *释放能量，Cr吸收能量，iL向前流动，并且一部分能量被R *消耗掉. 在时间t1a处，ω（t-t1）=φ+β（β应为-π/ 2），iL = 0，L *的能量被释放，uc达到最大值Ucm，因此IGBT上的电压也达到最大值uce = Ucm + Udc？

然后，Cr开始释放能量，导致iL反向流动，部分被R *消耗，部分转换为磁场能量？当ω（t-t1）=π+φ，uc = 0时，Cr的能量被释放. 完成后，iL达到负最大值. 之后，L *释放能量以继续iL的反向流动，一部分被R *消耗，一部分被反向充电至Cr. 由于Cr左端的电势被Udc的电源钳位，因此右端的电势会持续下降吗？当ω（t-t1）=ω（t2-t1）时，即t = t2，uc = -Udc，uce = 0，二极管D开始导通（忽略二极管的导通压降），因此Cr右端的电位不再下降，钳位为0？那么，uc不再变化，充电结束了吗？但是，L *中仍然有能量，iL不为0，在t2时刻iL（t2）= -I2吗？ ，在主控制器的控制下，主开关开始打开吗？因此，零电压是否打开？

如图3（d）所示，可以得出方程:

L ** diL / dt + iLR * = Udc

初始条件是: iL（t2）= -I2？

解决该微分方程并替换初始条件，您将得到:

L *中的剩余能量一部分在R *上消耗，一部分返回电源. iL的绝对值呈指数衰减. 在时间t3，iL = 0，L *中的能量被释放，二极管自然地被阻塞？当uc = -Udc，即uce = 0时，主开关已经打开，并且在功率Udc的激励下，iL从0开始再次向前流动，重复[t0，t1]阶段的过程？

主谐振电路的仿真波形如图5所示，实验波形如图6所示. 测试参数为: L =144μH，C =0.27μF？

通过以上分析，我们可以看到，当负载发生变化时，即炊具的等效电感和电阻发生变化，电磁炉的谐振频率将发生变化，电磁炉的输出功率将变为不稳定. 铁锅的功率可以相差300W. 因此，我们采用模糊控制技术来控制电磁炉的输出功率，并取得了满意的效果. 图7是电磁炉的控制结构. 图8是电磁炉的模糊控制器的结构. 输入分别是给定功率和输出功率的误差信号X和误差变化Y. 为了提高实时响应速度，采用控制表方法的模糊控制器？

4. 结论

详细分析了电磁炉主谐振电路的工作过程，分析结果与实验波形吻合. 对于负载变化和输出功率变化，本文提出的模糊控制方法取得了满意的效果. 在开发的电磁炉中使用这种准谐振电路和本文提出的控制方法，已经生产出产品，并且经过长时间的测试，效果良好吗？

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