基于晶闸管关断时间控制的高效中频电源

事实上，从图1（a）主电路组成框图可看出，要实现恒功率输出，只要让等效直流电阻Rd(Rd=Ud/Id)与中频负载电路阻抗匹配就行，即当RH变化时，采用某种方法使Rd不变，这样中频输出功率便不会随RH变化而变化。

根据并联谐振中频电源Rd，RH及φ的相互关系式

Rd≈0.81cos2φRH    （4）

可知当负载电路等效电阻RH变化时，只要调节功率角φ，就可以使Rd保持不变，从而实现高效节能。

3 晶闸管关断时间（TOT）控制电路的引用

以德国AEG公司，英国RADYNE公司为代表的中频电源产品，都采用了TOT（turnofftime）定时控制法。其特点是按标准给定的TOT和实际TOT之间的差值及时对触发角进行调整，以便准确控制逆变晶闸管的关断恢复时间。前已述及，无论从安全运行要求，还是确保恒功率输出的要求，都希望调节触发角（即超前功率因数角φ）。为此，我们从参考文献[2]引用了“TOT”定时控制法的“超前触发脉冲形成电路”，以满足高效中频熔炼电源输出恒功率对φ角调节的要求。

    图2是TOT控制法“超前触发脉冲形成电路”框图及波形图。该电路由中频负载电路电压uH和电容支路电流信号及其转换电路，异或非门U1A，比较器B，JK触发器U3A和斜波生成电路组成。其核心部分是保证在uH过零之前的TOT时间内，比较器B产生下降沿，使JK触发器翻转，由Q及Q端输出超前触发脉冲。比较器B反相输入端接斜坡电压信号uc2；而同相输入端接?角调节信号uc1。通过uc1与uc2比较（交点）确定触发脉冲位置。

图3

4?φ角的控制思想和策略

常规并联谐振电流型中频电源一般按下列思想设计控制电路，即在升温初期，让触发角固定在某一?min下，依靠调节整流桥的控制角α来提升中频电压uH；而在升温后期，则靠保持最大直流输出功率Pdmax=UdmaxIdmax完成熔炼。但由于RH的变化，使熔炼大部分时间达不到Pdmax，因而熔炼周期长，热损大，效率低。为此，可以保留升温初期的控制过程不变，而在升温后期，采用调节?的控制方法，使Rd保持不变，维持最大功率输出，使中频电源由低效变成高效。

调节φ角的控制电路如图3所示。图中①是用于控制场效应管Q1“通－断”的比较器；②是φ角调节器；③是加法器；④是限幅电路；⑤是超前触发脉冲形成电路。图4给出了φ角调节过程中uHf（中频炉线圈电压反馈值），ud及uc1的变化曲线。系统在投入工作前uH＊为最大值（可根据中频负载电路中电容器和逆变晶闸管的耐压确定），uc1的最大值uc1max和最小值uc1min对应于φmin和φmax。在阶段Ⅰ，直流电压ud还没有达到最大值，uH的大小完全由原有整流桥控制角α调节，此时ud小于比较器①整定值ub1，比较器①输出高电平，场效应管Q1导通，φ角调节器②不起作用，③输出为最大值，④输出为uc1的最大限幅值uc1max（φmin）；在阶段Ⅱ，直流电压ud已达到最大值，比较器①翻转，使场效应管Q1截止，φ角调节器开始工作，并自动进行调节。若调节过程中φ角大于φmax。则由④输出进行限幅。