基于FUZZY-PLL复合控制的IGBT感应加热电源的研制
摘要
本文基于电力电子理论，采用全控型电力半导体器件IGBT，研制了适用于激光晶体生长设备的中频感应加热电源。在综合比较和分析并联谐振、串联谐振的感应加热电源的基础上，提出了系统的总体设计方案。并对系统主电路的元器件参数进行了详细的计算；设计了以CMOS数字锁相环CD4046为核心、以80C196KC作为辅助控制器的逆变控制电路；采用了模糊逻辑与锁相环相结合的控制技术，提高了电源的启动成功率；采用电流、电压双闭环反馈方案，采用槽路电容电压和槽路电流作为反馈信号，从而保证了电源功率的输出精度。与此同时，还设计了中频感应加热电源的各种保护电路和中频电源的生产图纸，研制了一台样机。对样机调试和测试结果表明，所设计的中频感应加热电源在2～10KHz范围内，能够满足多种生长激光晶体工艺的要求。与国内同类产品相比，具有工作频率范围宽、长期工作稳定性好的特点。
In this paper, a parallel-resonance induction heating power for equipments that used to grow laser crystal has been developed, it applies power electronics theory and adopts full-controllable electric semiconductor device IGBT. At synthesize comparison and analyze parallel-resonance and series-resonance induction heating power, whole system scheme is presented, we make the calculating in detail to all the devices in use. we design inversion control circuit with CMOS figure PLL CD4046 act as core and microprocessor 80C196KC act as assistant controller. Adopting a control method that combine Fuzzy controller and PLL control, improve induction heating power succeed in startup. Adopting electric current voltage pair closed loop feedback design, with trough route capacitance voltage and trough route electric current act as pair closed loop feedback signal , guarantee induction heating power output accuracy. And design perfect protective circuits. On the basis
of these, design machining drawing of medium frequency induction heating power, and produce a prototype of a machine, debugging and testing to prototype of a machine. The results show that induction heating power using IGBT does well, frequency that ranged from 2~ 10KHz, satisfied all technology requirements that grow many kinds laser crystal.
In this paper, a parallel-resonance induction heating power for equipments that used to grow laser crystal has been developed, it applies power electronics theory and adopts full-controllable electric semiconductor device IGBT. At synthesize comparison and analyze parallel-resonance and series-resonance induction heating power, whole system scheme is presented, we make the calculating in detail to all the devices in use. we design inversion control circuit with CMOS figure PLL CD4046 act as core and microprocessor 80C196KC act as assistant controller. Adopting a control method that combine Fuzzy controller and PLL control, improve induction heating power succeed in startup. Adopting electric current voltage pair closed loop feedback design, with trough route capacitance voltage and trough route electric current act as pair closed loop feedback signal , guarantee induction heating power output accuracy. And design perfect protective circuits. On the basis
of these, design machining drawing of medium frequency induction heating power, and produce a prototype of a machine, debugging and testing to prototype of a machine. The results show that induction heating power using IGBT does well, frequency that ranged from 2~ 10KHz, satisfied all technology requirements that grow many kinds laser crystal.
引文
[1] 潘天明．现代感应加热装置．北京：冶金工业出版社．1996
[2] 全亚杰．感应加热电源的发展历程与动向，电焊机2001第11期P3～6
[3] 俞勇祥，陈辉明，感应加热电源的发展，金属热处理2000第8期P28～31
[4] 潘天明．工频和中频感应炉．北京：冶金工业出版社．1995
[5] Verlay Dr．Hoser Resonant and quasi-resonant inverters for high frequency induction heating berlin
[6] 黄俊，秦祖荫．电力电子自关断器件及电路，北京：机械工业出版社，1991
[7] 黄俊，王兆安．电力电子变流技术，北京：机械工业出版社，1996
[8] 张厥盛，曹丽娜．锁相与频率合成技术，成都：电子科技大学出版社，1995
[9] 万心平，张厥盛．集成锁相环路，北京：人民邮电出版社，1995
[10] 孙增沂．智能控制理论与技术，北京：清华大学出版社，1997
[11] 袁南儿，王万良，苏宏业．计算机新型控制策略及其应用，北京：清华大学出版社，1998
[12] 吴兆麟，袁俊国等．高频感应加热装置的负载匹配方法．电力电子技术．1999年第4期P29～32
[13] 张雄伟．DSP芯片的原理与应用开发，北京：电子工业出版社，1997
[14] 胡广欣．数字信号处理及应用，北京：清华大学出版社，1998
[15] 罗京，汤强．80C196单片机在IGBT高频感应电源中的应用．工业加热．1998年第6期P21～23
[16] 胡汉才．单片机原理及其接口技术，北京：清华大学出版社，1996
[17] 张新，赵长汉，高广智．IGBT型8～15kHz／250kW双频电源的开发和应用[J]．工业加热．1998年第1期P10～13
[18] 王健，王宏，王越喜．感应加热用IGBT超音频电源．热加工工艺2001年第四期P68～69
[19] 潘炼，陈书瀚．加热炉智能模糊控制系统．工业计算机．1995年第4期P5～8
[20] 蔡自兴．模糊控制的典型结构．工业计算机．1997年第3期P1～4
[21] 朱摩西．模糊PID控制器．工业控制计算机．1996年第3期P19～20
[22] 王益红，崔建明．带锁相控制的IGBT感应加热电源．煤炭科学技术．1999．9第27卷第9期P68～69
[23] 方革非，顾景昌．可编程数字锁相环的研制．上海航天1998年第4期P42～45
[24] 常炳国，王华民．提高感应加热电源加热效率的一种方法．工业加热1998年第6期P4～7
[25] 李津福，章亦葵等．双闭环中频感应加热电源．工业加热1995年第6期P11～15
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