超高频谐振感应加热电源设计之驱动电路简析

此前我们曾经就一种超高频谐振感应加热电源的设计思路和主电路设计情况，进行过详细的分析和介绍。这种超高频感应加热电源方案，主要利用E类双管交替工作式DC/AC超高频谐振逆变器进行主电路的系统设计，这种设计模式能够有效提升其工作效率，具有2MHz/1kW的超高频特点，特别适合工业制造领域的选择。今天我们将会就这一方案的驱动电路系统设计展开详细分析。

逆变器控制与驱动电路设计

在这一感应加热电源设计方案中，我们所设计的逆变器控制与驱动电路系统，如下图图1所示。这一逆变器控制电路系统中，我们选择采用MC34067高速PWM专用控制器。该电路的特点是输出驱动脉冲工作频率可达2MHz，内部采用图腾柱推挽输出，最大峰值电流达1.5A。

图1 超高频感应加热电源逆变器控制与驱动电路

从图1所展示的感应加热电源逆变器控制与驱动电路系统中，我们可以很清晰的看到，这一驱动电路采用脉冲变压器和VQ1、VQ2、VQ3、VQ4构成的推挽电路组成。在该系统中，我们所采用脉冲变压器来组成驱动电路，主要因为它有两个功能，能够保证驱动电路的正常运行。第一个功能是它能够将控制电路和主电路隔离，减小主电路对控制电路的干扰，第二个功能是它能够放大输入触发脉冲的幅值，使脉冲变压器的次级脉冲峰值大于Vcc2的电压，保证VQ1、VQ2、VQ3、VQ4工作在开关状态。

除此之外，在这一驱动电路系统的正常工作过程中，为了使功率器件MOSFET栅极驱动信号有负偏压，防止误导通的情况发生，我们还选择在VS1、VQ3和VS2、VQ4之间加上-5V的偏压。这样，当脉冲变压器T1输出为低电平时，VQ3导通，电源Vcc3的+5V电压通过VS1、RG1、VQ3到GND2，形成回路，VS1的栅极相对于GND2为-5V的偏压。同例，当脉冲变压器T2输出为低电平时，VQ4导通，电源Vcc3的+5V电压通过VS2、RG2、VQ4到GND2，形成回路，VS2的栅极相对于GND2为-5V的偏压。

另外，图1中所设置的电阻R7主要用来对VS1、VS2进行过流保护。这样设置后，当流过VS1、VS2的电流大于设定值时，R7上的电压增大，光电耦合器OPI1导通，通过IC2A、IC2B两个与非门组成的R-S触发器，使MC34067的第10脚变为高电平，此时MC34067将会立即封锁12脚和14脚的触发脉冲，使变换器停止工作。

实验结果

在完成了这一超高频谐振感应加热电源的驱动电路和主电路系统设计后，接下来我们需要通过实验对其进行工作效率的验证。下图中，图2为VS1（CH1）、VS2（CH2）栅极驱动波形，每个MOS管的驱动频率为1.14MHz，驱动波形的正向幅值为11V/格，反向幅值为-5V/格。图3为变换器输入直流电压110V，直流电流9A时，变换器在高频变压器次级输出的电压和电流波形。由高频变压器次级输出的电压和电流波形可看出，此时变换器输出的视在功率达2kVA以上。

图2 VS1、VS2栅极驱动波形

（a）

（b）
图3 变换器工作在2MHz/1kW时高频变压器次级输出的电压和电流波形

通过上文中对这一超高频感应加热电源的实验测试可以证明，在本方案中，我们所提出的E类双管DC/AC谐振式变换器对提高变换器的输出功率、减小驱动电路的频率具有明显的效果。用所提出的E类双管高频谐振式逆变器设计的超高频感应加热电源，当直流输入功率为1kW时，对4mm宽0.18mm厚的钢带进行焊接试验，其效果也能够达到工艺要求。