采用空心电感替代变压器的LCL谐振感应加热电路(一)
前言：
一直以来非常感谢杨帅哥通过视频、文章、仿真等方式的无私奉献，自己也希望能分享知识。我以前对感应加热电路略有了解，在此介绍一种在论文中看到的LCL谐振感应加热电路。本文是根据自己对参考文献的理解复现而写，由于本人确实经验上有很大欠缺，可能与工业实际情况有出入。
感应加热电源我搜到的国外论文《InductionHeating of Aluminum Cookware》、《High Frequency Inverter Power Stage Design Considerations forNon-Magnetic Materials Induction Cooking》都描述的是普通LC谐振电路即串联谐振型和并联谐振型LC电路，如图1(a)和(b)所示。也不知为什么没搜到国外关于LCL谐振的描述。但根据知网上搜到的论文LCL感应加热电路优势很大，效率更高，且故障下的运行状况更好。
图1 (a)串联谐振型 (b)并联谐振型
《固态高频感应加热电源控制技术的研究》阐述了LCL 三阶谐振电路可以克服二阶 LC 谐振电路的一些缺点，如对感应器短路、开路等故障时具有较强的适应能力，不易出现电流过大而烧毁器件[1]。
这里参考《LLC固态感应加热电源研究》选取电容电流锁相进行了仿真，如图2所示[2](我感觉这个电路可能更适合称作LCL型)。参数主要参考《基于SiC MOSFET超高频感应加热电源研究设计》进行了设置，主要是令β=Lr/Ls与变压器的值一致。
图2 LCL感应加热拓扑结构图
对于 LC 串联谐振电源来说，电源输出和谐振槽路之间都需要用高频匹配变压器做一级负载匹配接口，而高频变压器效率不高、价格较高。而 LCL 谐振电路，采用空心电感替代高频变压器，电感值不大，有利于提高电源的效率、降低整体电源的成本[1]。
更关键的是，对于三阶 LCL谐振电路而言，当感应器出现短路或开路故障时，LCL 谐振电源更加安全[3]，不过本人暂时太不明白为何根据LCL的负载幅频/相频特性曲线就得出这个结论，待后续更新。
图3 (a)LC负载幅频特性 (b)LC负载相频特性
图4(a)LCL负载幅频特性 (b)LCL负载相频特性
除此之外，LCL并联电路各个并联逆变器单元之间没有环流，相比LC 串联谐振电路更适合通过并联扩容[4]。
图5 matlab仿真图
图6 LCL电路逆变器脉冲和输出电压电流波形
通过锁相环控制逆变器频率，似乎是实现了ZVZCS。
设置仿真图中的Breaker模块，令LC谐振感应加热电路和LCL谐振感应加热电路在0.8s处感应器短路(Breaker1和Breaker2切换时间为0.08s，Breaker3和Breaker4切换时间大于仿真时间)，得LC和LCL电路的逆变器输出电压和电流波形如图7、图8所示。
图7 LC电路感应器短路输出电压电流波形
图8 LCL电路感应器短路输出电压电流波形
可以看出传统的LC谐振在短路时有很大电流，而LCL短路时电流增加幅度不大，器件不易烧坏。
设置仿真图中的Breaker模块，令LC谐振感应加热电路和LCL谐振感应加热电路在0.8s处感应器断路(Breaker1和Breaker2切换时间大于仿真时间，Breaker3和Breaker4切换时间为0.8s)，得LC和LCL电路的逆变器输出电压和电流波形如图9、图10所示。
图9 LC电路感应器断路电压电流波形
图10 LCL电路感应器断路电压电流波形
断路波形没想象中好，看起来该电路有空载损耗，估计这是这一电路不流行的原因，也不一定，工业上如果需要，完全可以待负载放置完毕后再加热。
根据javike大佬的说法，高频大电流用霍尔传感器采集很容易烧霍尔传感器，目前的仿真由于采的是高频电容电流，看起来是只能用于高频小功率感应加热，若想应用在主流的大功率场景中应该像《基于SiC MOSFET超高频感应加热电源研究设计》一样采与逆变器输出相差90度的电容电压，但我当前仅会仿相位差为0度的锁相环，有待后续更新。
小结：本文简单介绍并仿真了采用空心电感替代变压器的LCL型感应加热电路，如有错误恳请大佬们帮忙指正，谢谢。
参考文献
[1]李亚斌. 固态高频感应加热电源控制技术的研究[D].华北电力大学（河北）,2008.
[2]刘宁,赵圣芳,张晶.LLC固态感应加热电源研究[J].自动化仪表,2018,39(04):99-102.
[3]孙俊彦. 基于SiC MOSFET超高频感应加热电源研究设计[D].浙江大学,2020.
[4]张智娟. 高频感应加热电压型逆变器功率控制研究[D].华北电力大学（河北）,2010.
附：本人仿真所用matlab文件，如下所示：
https://gitee.com/XingYingV/llc_induct_heating.git