感应加热电源脉冲屏蔽法逆变器工作状态简析

目前国内大部分工程师在进行感应加热电源的负载调节时，多采用脉冲屏蔽法，这一方法能够快速有效的完成脉冲过滤和负载调整工作，且安全稳定容易操作，因此非常受到新产品研发人员的欢迎。本文将会就采用脉冲屏蔽法之后加热电源逆变器的工作状态，展开简要分析，帮助工程师全面了解其运行特点和工作过程。

我们以最基础的感应加热电源逆变器类型作为本次的介绍对象。在脉冲屏蔽模式下，该逆变器过程如下，由于电压型逆变器工作在小感性状态下，工作频率略高于谐振槽路的固有谐振频率，即负载电流IH滞后于负载电压UH一个电角度φ。

脉冲屏蔽法逆变器工作状态1-4示意图

状态1：

当感应加热电源谐振逆变器处于工作状态1情况下时，其内部的运行情况如上图中的（a）图所示。从上图中我们可以看到，开关S1、S3导通，S2、S4截止，C1、C3的端电压为零，C2、C4的端电压为直流电压Ud，续流二极管D1、02、D3、D4都处于截止状态。脉冲屏蔽模式逆变器工作状态如上图（a）所示，图中C1、C2、C3、C4为功率开关器件S1、S2、S3、S4的吸收电容（包括开关器件的结电容，容值相等）；D1、D2、D3、D4为功率开关器件的反并联快恢复二极管；C为谐振电容，L、R为感应器和被加热工件的等效电感和电阻；Cd为直流滤波电容。

状态2：

当逆变器处于工作状态2情况下时，其内部的运行情况如上图中（b）图所示。从上图中我们可以看到，开关S1、S3的脉冲关断，S1、S3在负载电流很小和零电压条件下快速关断，在此同时电容C1、C3被充电、电容C2、C4开始放电以保持槽路谐振电流的连续流动，在这一段时间里，负载电流继续保持方向不变如上图中（b）所示。由于吸收电容的充放电，开关器件S1、S3的端电压从零开始上升，S2、S4的端电压从ud开始下降。电容C1、C3被充电至Ud；电容C2、C4放电为零。

状态3：

在谐振逆变器完成了状态2的工作运行之后，便会快进入状态3时刻。在状态3运行过程中，逆变器还处于死区时刻，此时由于负载电流还未换向，负载电流将通过二极管D2、D4继续流动如上图中（c）所示。

状态4：

当加热电源的谐振逆变器开始进入工作状态4阶段时，其内部具体的运行情况如上图中的图（d）所示。从上图中我们可以很清晰的看到，在这一状态下尽管S2的触发脉冲于此时刻到来，但是由于负载电流还没有换向，开关器件S2也不会有电流流过。

脉冲屏蔽法逆变器工作状态5-8示意图

状态5：

当谐振逆变器开始进入工作状态5这一阶段中时，其内部系统的运行情况如上图中（e）所示。从上图中我们可以看到，在该阶段中负载电流开始换向，二极管D2、D4截止，S2开始流过负载电流，但由于S4未给触发信号，此时C1放电、C4充电，直至Cl放电为零、C4充电Ud。

状态6：

当谐振逆变器进入该阶段后，其内部的运行情况如上图中的（f）图所示。从上图中我们可以看到，此时负载电流通过D1和S2形成闭合回路，此时逆变器输出端的电压差为0V，也就是说此时逆变器可以降低电源提供的能量。

状态7：

当谐振逆变器处于该工作阶段内时，其内部的运行状态如上图中的（g）图所示。从上图中我们可以看到，S2的触发脉冲被关断。负载电流IH还维持原方向不变。C3放电、C2充电，负载电流仍通过二极管D，继续流动，以保持负载谐振电流的连续流动，直至C3放电为零，C2充电Ud。

状态8：

当加热电源的谐振逆变器处于该工作阶段时，此时其内部的运行状态如上图中的图（h）所示。此时由于逆变器还处于死区时刻，加上负载电流还未换向，负载电流将通过二极管D1、D3继续流动。

脉冲屏蔽法逆变器工作状态9-12示意图

状态9：

当加热电源的谐振逆变器工作运行进入该阶段时，其内部的具体运行情况如上图中的图（i）所示。从上图中我们可以看到，在该工作状态下尽管S1的触发脉冲于此时刻到来，但是由于负载电流还没有换向，因此开关器件S1也不会有电流流过。

状态10：

当加热电源的谐振逆变器在该阶段中运行时，其内部具体的工作情况如上图中的图（j）所示。从上图中我们可以看到，在这一工作状态下逆变器的负载电流开始换向，二极管D1、D3截止，Sl开始流过负载电流，但由于S3未给触发信号，此时C2放电、C3充电，直至C2放电为零、C3充电为Ud。

状态11：

使用脉冲屏蔽法的加热电源逆变器在该阶段中正常运行时，其内部的工作情况如上图中的图(k)所示。从上图我们可以比较清晰的看到，该阶段中负载电流通过D2和Sl形成闭合回路如上图中（k）所示。此时逆变器输出端的电压差为0V，即可以降低电源提供的能量。

状态12：

当感应加热电源谐振逆变器进入该阶段的正常运行时，其内部系统的工作情况如上图中的图（l）所示，在这一工作状态中逆变器恢复正常运行模式。在下一次脉冲屏蔽信号到来时，将屏蔽逆变器上半桥臂的触发脉冲，逆变器的换流过程同上述所描述的相类似，在此不再赘述。