中频感应加热电源的设计.doc
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中频感应加热电源的设计, 页数 46 字数24784摘要 中频感应加热以其加热效率高、速度快，可控性好及易于实现机械化、自动化等优点，已在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接和表面热处理等行业得到广泛的应用。本设计根据设计任务进行了方案设计，设计了相应的硬件电路，研制了20kw中频感应加热电源。本设计中感应加热电源采用igbt作...
内容介绍
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中频感应加热电源的设计
页数 46 字数 24784
摘 要
中频感应加热以其加热效率高、速度快，可控性好及易于实现机械化、自动化等优点，已在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接和表面热处理等行业得到广泛的应用。
本设计根据设计任务进行了方案设计，设计了相应的硬件电路，研制了20KW中频感应加热电源。
本设计中感应加热电源采用IGBT作为开关器件，可工作在10 Hz～10 kHz频段。它由整流器、滤波器、和逆变器组成。整流器采用不可控三相全桥式整流电路。滤波器采用两个电解电容和一个电感组成Ⅱ型滤波器滤波和无源功率因数校正。逆变器主要由PWM控制器SG3525A控制四个IGBT的开通和关断，实现DC-AC的转换。
设计中采用的芯片主要是PWM控制器SG3525A和光耦合驱动电路HCPL-316J。设计过程中程充分利用了SG3525A的控制性能，具有宽的可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流。由于HCPL-316J具有快的开关速度（500ns），光隔离，故障状态反馈，可配置自动复位、自动关闭等功能，所以选择其作为IGBT的驱动。
对原理样机的调试结果表明，所完成的设计实现了设计任务规定的基本功能。此外，为了满足不同器件对功率需要的要求，设计了功率可调。这部分超出了设计任务书规定的任务。
关键词：感应加热电源，串联谐振，逆变电路，IGBT
目 录
引言 1
1 绪论 2
1.1 感应加热的工作原理 2
1.2 感应加热电源技术发展现状与趋势 3
2 感应加热电源实现方案研究 5
2.1 串并联谐振电路的比较 5
2.2 串联谐振电源工作原理 7
2.3 电路的功率调节原理 8
2.4 本课题设计思路及主要设计内容 8
3 感应加热电源电路的主回路设计 9
3.1 主电路的主要设计元器件参数 9
3.2 感应加热电源电路的主回路结构 9
3.2.1主回路的等效模型 10
3.2.2整流部分电路分析 13
3.2.3逆变部分电路分析 15
3.3 系统主回路的元器件参数设定 16
3.3.1整流二极管和滤波电路元件选择 16
3.3.2IGBT和续流二极管的选择 17
3.3.3槽路电容和电感的参数设定 18
4 控制电路的设计 19
4.1控制芯片SG3525A 19
4.1.1内部逻辑电路结构分析 20
4.1.2芯片管脚及其功能介绍 21
4.2 电流互感器 23
5 驱动电路的设计 24
5.1 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）对驱动电路的要求 24
5.1.1门极电压对开关特性的影响及选择 24
5.1.2门极串联电阻 对开关特性的影响及选择 25
5.2 IGBT过压的原因及抑制 25
5.3 IGBT的过流保护 26
5.3.1设计短路保护电路的几点要求 27
5.4 集成光电隔离驱动模块HCPL-316J 27
5.4.1器件特性 27
5.4.2芯片管脚及其功能介绍 28
5.4.3内部逻辑电路结构分析 28
5.4.4器件功能分析 29
5.4.5驱动电路的试验和注意问题 30
6 辅助直流稳压电源 31
6.1 三端固定稳压器 31
6.2 本次设计用的的电源 32
6.2.1 18伏，15伏稳压电压电源 32
6.2.2 ±12伏，±5伏双路稳压电源 32
6.2.3元器件选择及参数计算 33
7 硬件调试 34
8 结论 35
致谢 37
参考文献 38
附录一 整体电路原理图 39
附录二控制电路PCB 40
参考文献
[1] 王水平. 开关稳压电源—原理、设计与实用电路[M].西安：西安电子科技大学出版社，1999.
[2] 王 聪. 软开关功率变换器及其应用[M].北京：科学出版社，2000.1
[3] 刘胜利. 现代高频开关电源实用技术[M].北京：电子工业出版社，2001.
[4] 张占松. 电路和系统的仿真实践[M].北京：科学出版社，2000.
[5] 贾新章. OrCAD/Pspice 9实用教程[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2003.
页数 46 字数 24784
摘 要
中频感应加热以其加热效率高、速度快，可控性好及易于实现机械化、自动化等优点，已在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接和表面热处理等行业得到广泛的应用。
本设计根据设计任务进行了方案设计，设计了相应的硬件电路，研制了20KW中频感应加热电源。
本设计中感应加热电源采用IGBT作为开关器件，可工作在10 Hz～10 kHz频段。它由整流器、滤波器、和逆变器组成。整流器采用不可控三相全桥式整流电路。滤波器采用两个电解电容和一个电感组成Ⅱ型滤波器滤波和无源功率因数校正。逆变器主要由PWM控制器SG3525A控制四个IGBT的开通和关断，实现DC-AC的转换。
设计中采用的芯片主要是PWM控制器SG3525A和光耦合驱动电路HCPL-316J。设计过程中程充分利用了SG3525A的控制性能，具有宽的可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流。由于HCPL-316J具有快的开关速度（500ns），光隔离，故障状态反馈，可配置自动复位、自动关闭等功能，所以选择其作为IGBT的驱动。
对原理样机的调试结果表明，所完成的设计实现了设计任务规定的基本功能。此外，为了满足不同器件对功率需要的要求，设计了功率可调。这部分超出了设计任务书规定的任务。
关键词：感应加热电源，串联谐振，逆变电路，IGBT
目 录
引言 1
1 绪论 2
1.1 感应加热的工作原理 2
1.2 感应加热电源技术发展现状与趋势 3
2 感应加热电源实现方案研究 5
2.1 串并联谐振电路的比较 5
2.2 串联谐振电源工作原理 7
2.3 电路的功率调节原理 8
2.4 本课题设计思路及主要设计内容 8
3 感应加热电源电路的主回路设计 9
3.1 主电路的主要设计元器件参数 9
3.2 感应加热电源电路的主回路结构 9
3.2.1主回路的等效模型 10
3.2.2整流部分电路分析 13
3.2.3逆变部分电路分析 15
3.3 系统主回路的元器件参数设定 16
3.3.1整流二极管和滤波电路元件选择 16
3.3.2IGBT和续流二极管的选择 17
3.3.3槽路电容和电感的参数设定 18
4 控制电路的设计 19
4.1控制芯片SG3525A 19
4.1.1内部逻辑电路结构分析 20
4.1.2芯片管脚及其功能介绍 21
4.2 电流互感器 23
5 驱动电路的设计 24
5.1 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）对驱动电路的要求 24
5.1.1门极电压对开关特性的影响及选择 24
5.1.2门极串联电阻 对开关特性的影响及选择 25
5.2 IGBT过压的原因及抑制 25
5.3 IGBT的过流保护 26
5.3.1设计短路保护电路的几点要求 27
5.4 集成光电隔离驱动模块HCPL-316J 27
5.4.1器件特性 27
5.4.2芯片管脚及其功能介绍 28
5.4.3内部逻辑电路结构分析 28
5.4.4器件功能分析 29
5.4.5驱动电路的试验和注意问题 30
6 辅助直流稳压电源 31
6.1 三端固定稳压器 31
6.2 本次设计用的的电源 32
6.2.1 18伏，15伏稳压电压电源 32
6.2.2 ±12伏，±5伏双路稳压电源 32
6.2.3元器件选择及参数计算 33
7 硬件调试 34
8 结论 35
致谢 37
参考文献 38
附录一 整体电路原理图 39
附录二控制电路PCB 40
参考文献
[1] 王水平. 开关稳压电源—原理、设计与实用电路[M].西安：西安电子科技大学出版社，1999.
[2] 王 聪. 软开关功率变换器及其应用[M].北京：科学出版社，2000.1
[3] 刘胜利. 现代高频开关电源实用技术[M].北京：电子工业出版社，2001.
[4] 张占松. 电路和系统的仿真实践[M].北京：科学出版社，2000.
[5] 贾新章. OrCAD/Pspice 9实用教程[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2003.
