【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大功率高频感应加热领域，尤其涉及一种三端口高频谐振逆变器电源系统及其工作方法。
技术介绍
1、电磁感应加热作为一项新型加热技术，凭借着节能环保、加热效率高、速度快、使用寿命长等优点迅速发展，现如今已经广泛应用于工业、农业和日常生活等多个领域。过去传统的加热方式主要有燃烧产生热能加热和电阻式加热，这两种方式都是通过热传导进行加热，也叫接触式加热。但能量损耗大、速度慢、不安全等问题也是传统加热方式的明显缺点。相反的是，感应加热是利用电磁耦合的方式进行加热的新型加热方式，虽然也是利用电能，但是方法和原理与传统接触式加热完全不同。感应加热的加热效率可高达90％以上，相同条件下预热时间比传统电加热减小60％以上，生产效率明显提高。
2、mosfet、igbt等半导体器件推动了感应加热电源向高频方向的发展，但是固态感应加热电源的功率一般都比较大，当电源频率向着高频方向推进时，对功率器件损耗、电路设计、走线布局等提出了更高的要求。感应加热电源在人类生活中应用越广泛，则对各项指标的要求也就越高。不仅要求向大容量发展，也要求向高频化发展。加热频率与加热工艺有关，频率越高，对工件加热的绝大部分功率集中在工件表面。近几年来各种高度集成的智能化芯片(如dsp、fpga等)广泛应用于感应加热电源中，使得电源逐步趋向智能化发展。这些智能化芯片控制性强、可靠性高，运算功能强大，能够提高电源的可靠性和稳定性，同时也能够更灵活的控制电源，对感应加热系统的要求也随即提高。
3、图1为典型的大功率谐振逆变器结构。谐振逆变器一般采
4、图2为传统的三桥臂高频谐振逆变器结构。该拓扑由三桥臂组成，主桥臂1和副桥臂组成一个全桥，负载谐振腔由l1、c1和r1串联组成，主桥臂2和副桥臂组成另外一个全桥逆变器，负载谐振腔由l2、c2和r2串联组成，工作原理如下：负载槽路的输入电压ud为矩形波，输入电流id为正弦波。负载等效电路图如图2所示，l、r为线圈的等效电感、电阻，c为串联电容。主桥臂1和主桥臂2共用副桥臂，l1，l2可以共同为同一工件加热实现功率倍增，但无法实现频率的倍增。
技术实现思路
1、本专利技术重点针对上述现有技术中存在的问题，提供一种倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统及其工作方法。
2、本专利技术提供了一种倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统，包括三桥臂逆变器、对称型三端口lc谐振腔，三桥臂逆变器包括第一主桥臂、第二主桥臂和副桥臂。第一主桥臂包括第一开关管、第二开关管，第二主桥臂包括第三开关管、第四开关管，副桥臂包括第五开关管、第六开关管。
3、lc谐振腔包括第一线圈、第二线圈、第三线圈、第一电容、第二电容、第三电容。lc谐振腔内的三组线圈和三个电容呈三角形对称连接。
4、第一开关管和第二开关管串联连接，第三开关管和第四开关管串联连接，第五开关管和第六开关管串联连接。第一开关管、第三开关管和第五开关管的源级相互连接且共同连接至并联电容的第一端，第二开关管、第四开关管和第六开关管的漏级相互连接且共同连接至并联电容的第二端，第一开关管的漏级与第二开关管的源级连接，第三开关管的漏级与第四开关管的源级连接，第五开关管的漏级与第六开关管的源级连接。第一开关管的漏级和第二开关管的源级均与第一线圈的正极连接，第三开关管的漏级和第四开关管的源级均与第二线圈的正极连接，第五开关管的漏级和第六开关管的源级均与第三线圈的负极连接，第一线圈的负极与第一电容的第一端连接，第二线圈的负极与第二电容的第二端以及第二电容的第一端连接，第二电容的第二端与线圈的正极和第三电容的第一端连接，第三电容的第二端与第一线圈的负极连接。
5、电源系统每个工作周期内具备第一谐振周期和第二谐振周期，逆变器在每个谐振周期内均有两个线圈同时对工件进行加热，在第一谐振周期内，第一主桥臂和副桥臂构成一个全桥逆变器，第一线圈、第三线圈和第一至第三电容共同构成串联谐振，在第二谐振周期内，第二主桥臂与副桥臂构成另一个全桥逆变器，第二线圈、第三线圈和第一至第三电容共同构成串联谐振，对称型三端口lc谐振腔内每个谐振周期内均有两个线圈工作，三个线圈交替运行，每个谐振周期内的所述两个线圈产生两倍的磁通。对称型三端口lc谐振腔内由三组线圈和三个电容呈三角形对称连接，其中c1＝c2＝c3,l1＝l2＝l3。开关管为igbt开关管。
6、第一谐振周期内电源系统的总阻抗为：
7、
8、所述第二谐振周期内电源系统的总阻抗为：
9、
10、电源系统的总阻抗为：
11、
12、负载发生谐振时，谐振点为：
13、
14、其中，l1为第一线圈的电感值、l2为第二线圈的电感值、l3为第三线圈的电感值、c1为第一电容的电容值、c2为第二电容的电容值、c3为第三电容的电容值，ω角频率，当开关角频率ω0＜ω时，电路呈容性，当开关角频率ω0＞ω时，电路呈感性。
15、与现有技术相比，本专利技术提供的倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统中公开了一种对称型三端口lc谐振腔和三桥臂组成的高频谐振逆变器，可以实现倍频的同时节省一条桥臂即两个开关管，大幅降低系统的成本和损耗；实现了负载输出功率提升1倍，对称型三端口lc谐振腔内每周期都有两个线圈工作，三线圈交替运行，每周期的两个线圈产生两倍的磁通，一个周期内产生正负交替的磁通，因此可以实现负载的输出功率提升为原来的两倍；高频谐振逆变器的第一主桥臂和第二主桥臂交替运行，负载谐振腔的三线圈交替运行，因此可以实现系统的倍频运行。
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1.一种倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统，包括三桥臂逆变器、对称型三端口LC谐振腔；
2.根据权利要求1所述的倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统，其特征在于，所述第一电容、第二电容和第三电容的电容值相同，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈的电感值相同。
3.根据权利要求1所述的倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统，其特征在于，所述开关管为IGBT开关管。
4.根据权利要求3所述的倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统，其特征在于，所述开关管为N型或者P型。
5.根据权利要求1所述的倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统，其特征在于，所述第一谐振周期内所述电源系统的总阻抗为：
6.一种基于权利要求1-5任意一项所述的倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统的工作方法，其特征在于，所述电源系统进行周期性的工作，所述第一谐振周期具备第一上半周期和第一下半周期，所述第二谐振周期具备第二上半周期和第二下半周期；
7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，在所述第一谐振周期的所述第一上半周期内，所
8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，在所述第一谐振周期的所述第一下半周期内，所述副桥臂的所述第五开关管和所述第一主桥臂的所述第二开关管导通，电流流动途径为流经所述第五开关管、所述第三线圈、第一至第三电容和所述第一线圈，然后由所述第二开关管流出，此时，电流从所述第三线圈和所述第一线圈的负极流入，正极流出，磁通量为负，与所述第一谐振周期的所述第一上半周期内的磁通量的极性彼此相反。
9.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，在所述第二谐振周期的所述第二上半周期内，所述逆变器的所述第二主桥臂的所述第三开关管和所述副桥臂的所述第六开关管导通，电流流动途径为流经所述第三开关管、所述第二线圈、第一至第三电容、所述第三线圈，然后由所述第六开关管流出，此时电流从所述第二线圈和所述第三线圈的正极流入，负极流出，产生两倍的相同磁通量对所述工件进行加热，此时磁通量为正。
10.根据权利要求9所述的工作方法，其特征在于，在所述第二谐振周期的所述第二下半周期内，所述副桥臂的所述第五开关管和所述第二主桥臂的所述第四开关管导通，电流流动途径为流经所述第五开关管、所述第三线圈、第一至第三电容和所述第二线圈，然后由所述第四开关管流出，此时电流从所述第三线圈和第二线圈的负极流入，正极流出，磁通量为负，与所述第二上半周期内的磁通量的极性彼此相反。
...【技术特征摘要】
1.一种倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统，包括三桥臂逆变器、对称型三端口lc谐振腔；
2.根据权利要求1所述的倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统，其特征在于，所述第一电容、第二电容和第三电容的电容值相同，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈的电感值相同。
3.根据权利要求1所述的倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统，其特征在于，所述开关管为igbt开关管。
4.根据权利要求3所述的倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统，其特征在于，所述开关管为n型或者p型。
5.根据权利要求1所述的倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统，其特征在于，所述第一谐振周期内所述电源系统的总阻抗为：
6.一种基于权利要求1-5任意一项所述的倍频倍功率的三端口高频谐振逆变器电源系统的工作方法，其特征在于，所述电源系统进行周期性的工作，所述第一谐振周期具备第一上半周期和第一下半周期，所述第二谐振周期具备第二上半周期和第二下半周期；
7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，在所述第一谐振周期的所述第一上半周期内，所述逆变器的所述第一主桥臂的所述第一开关管和所述副桥臂的所述第六开关管导通，电流流动途径为流经所述第一开关管、所述第一线圈、第一至第三电容、所述第三线圈，然后由所述第六开关管流出，所述第一线圈和所述第三线圈产生两倍的磁通量对所述工件进行加热，此时，电...
【专利技术属性】
技术研发人员：马伏军，杨淇翔，王俊攀，张正潇，黄格林，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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