新型Buck-Boost变换器在感应加热电源中的应用

摘要：针对传统感应加热电源中直流斩波环节开关损耗大、调压范围窄的缺点，提出一种新型的Buck-Boost软斩波电路，通过增加辅助开关管和谐振元件实现了主开关、辅助开关和主续流二极管的软开通和软关断。这里以180 kHz高频感应加热电源为研究对象，逆变侧采用基于IGBT倍频的单相桥式逆变电路，使输出频率为逆变器频率的两倍，逆变器输出匹配串联谐振负载。此处详细分析了新拓扑结构的工作过程，并通过实验证明了分析和设计的正确性和可行性。
关键词：变换器；感应加热电源；软开关；倍频

1 引言
感应加热因具有加热效率高，速度快，非接触式加热等优点，故应用范围越来越广。其输出功率主要是通过改变逆变器的输入直流电压进行调节的。改变逆变器的输入电压有两种方法：可控整流和斩波调压。现在大部分感应加热电源都采用直流斩波调功，该方式具有功率因数高、电压动态响应快、保护容易等优点，但传统斩波功率器件都工作在大电流硬开关状态，增加了开关损耗，降低了电源效率。为进一步提高电源频率和效率，要求斩波调功电路能实现软开关。近年来，国内外在软斩波研究方面都提出了新的方法，较为成熟的技术大都集中在Buck和Boost的研究，但调压范围有限。故此处提出一种新型的Buck-Boost软开关变换器，能够在较宽范围内实现软开关。
采用IGBT并联倍频的控制方法可提高逆变器开关频率。此处设计采用两组IGBT并联的逆变器，匹配串联谐振负载，采用分时控制策略，实现逆变器倍频输出。由于数字式电路控制精确，软件设计灵活，整个控制系统简单、可靠。因此，这里采用TMS320F2812型DSP和EPM1270GT 144C5型CPLD相结合的数字控制电路实现频率跟踪、开关管驱动以及各种保护功能。

2 主电路结构与工作原理
以180 kHz高频感应加热电源为研究对象，其主电路如图1所示。主电路由三相桥式不控整流、直流斩波和逆变电路3部分组成。

三相交流电经三相不控整流桥VD1’变成脉动的直流电，输出给Buck-Boost软斩波变换器进行功率调节，再经过滤波电容Cd对电压平滑滤波后，因Buck-Boost是反向变换器，所以接逆变器要反向，逆变输出向串联谐振负载提供高频电能。