高頻感應加熱電源是目前在工業(yè)制造領(lǐng)域中被廣泛應用的加熱設備，其本身應用了串聯(lián)諧振逆變器進(jìn)行系統設計，加之具有高效、低功耗和清潔等多重優(yōu)勢，使這種感應加熱電源在最近兩三年中得到了迅速的普及。那么，為什么高頻感應加熱電源設備在進(jìn)行研發(fā)時(shí)，大部分工作人員會(huì )選擇使用串聯(lián)諧振逆變器呢?本文將會(huì )就這一問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹和分析。

　　作為高頻感應加熱電源設備的重要組成部分，串聯(lián)諧振逆變器在工作中具有損耗低、工作適應性良好等優(yōu)勢。這種逆變器在實(shí)際應用中也被稱(chēng)為電壓型逆變器，其基礎結構的原理圖如圖1所示。在實(shí)際工作的過(guò)程中，串聯(lián)諧振型逆變器的輸出電壓為近似方波。由于電路工作在諧振頻率附近，使振蕩電路對于基波具有最小阻抗，所以負載電流ia近似正弦波。同時(shí)，為避免逆變器上、下橋臂間的直通，換流必須遵循先關(guān)斷后導通的原則，在關(guān)斷與導通間必須留有足夠的死區時(shí)間。下圖中的圖2和圖3分別示出容性負載和感性負載的輸出波形。

圖1串聯(lián)逆變器結構

圖2 高頻感應加熱電源串聯(lián)諧振逆變器容性負載輸出波形

圖3 高頻感應加熱電源串聯(lián)諧振逆變器感性負載輸出波形

　　當串聯(lián)諧振逆變器處于低端失諧狀態(tài)時(shí)，它的工作波形如上圖圖2所示。由圖2可以看到，當電壓型逆變器工作在容性負載狀態(tài)時(shí)，輸出電流的相位超前于電壓相位，因此在負載電壓仍為正時(shí)，則電流先過(guò)零，上、下橋臂間的換流則從上、下橋臂的二極管換到下、上橋臂的MOSFET。此時(shí)，由于MOSFET寄生的反并聯(lián)二極管具有慢的反向恢復特性，因此使得在換流時(shí)會(huì )產(chǎn)生較大的反向恢復電流，從而會(huì )讓器件產(chǎn)生較大的開(kāi)關(guān)損耗，而且在二極管反向恢復電流迅速下降至零時(shí)，會(huì )在與MOSFET串聯(lián)的寄生電感中產(chǎn)生大的感生電勢，而使MOSFET受到很高電壓尖峰的沖擊。

　　在結束了串聯(lián)諧振型逆變器的容性負載工作狀態(tài)分析后，接下來(lái)我們再來(lái)看一下當其處于感性負載狀態(tài)時(shí)的工作情況。當電壓型逆變器工作在感性負載狀態(tài)時(shí)，它的工作波形見(jiàn)上圖圖3。從圖3中可以看到，此時(shí)輸出電流的相位滯后于電壓相位。在感性負載工作狀態(tài)下，電壓型逆變器的換流過(guò)程是這樣進(jìn)行的：首先當上下橋臂的MOSFET關(guān)斷后，負載電流換至下上橋臂的反并聯(lián)的二極管中，在滯后一個(gè)死區時(shí)間后，下上橋臂的MOSFET加上開(kāi)通脈沖等待電流自然過(guò)零后從二極管換至同橋臂的MOSFET。然而，由于MOSFET中的電流是從零開(kāi)始上升的，因此此刻在電壓型逆變器中基本實(shí)現了零電流開(kāi)通，其開(kāi)關(guān)損耗很小。

　　此時(shí)需要注意的一個(gè)問(wèn)題是，在該條件下工作的串聯(lián)諧振型逆變器，其本身的MOSFET關(guān)斷時(shí)電流尚未過(guò)零，因此仍會(huì )存在一定的關(guān)斷損耗。但是由于MOSFET關(guān)斷時(shí)間很短，預留的死區不長(cháng)，加上因死區而必須的功率因數角并不大，所以適當地控制逆變器的工作頻率并使之略高于負載電路的諧振頻率，就可以使上下橋臂的MOSFET向下上橋臂的反并聯(lián)的二極管換流。在進(jìn)行該種操作的同時(shí)，其瞬間電流也是很小的，即MOSFET關(guān)斷和反并聯(lián)二極管開(kāi)通是在小電流下發(fā)生的，這樣也限制了器件的關(guān)斷損耗。

　　從上文中我們對串聯(lián)諧振型逆變器的分析來(lái)看，在進(jìn)行合理設置的前提下，這種電壓型逆變器正常運行時(shí)所造成的開(kāi)關(guān)損耗很小。因此，它可以工作在較高的工作頻率下。這也是為什么高頻感應加熱電源在設計時(shí)更多的會(huì )選擇電壓型逆變器的主要原因之一。