本發(fā)明屬電氣控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及感應(yīng)加熱電源的一種阻抗、頻率自動(dòng)匹配式諧振電路。

背景技術(shù)：

感應(yīng)加熱電源利用電磁感應(yīng)加熱原理具有加熱效率高、速度快，可控性好及易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，并作為金屬工業(yè)加熱的高新技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)，已在熔煉、鑄造、彎管、熱鍛、焊接和表面熱處理等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

然而在生產(chǎn)過(guò)程中由于加工零件種類繁多，零件大小各不相同，需要的阻抗和頻率變化很大，需要頻繁的調(diào)節(jié)負(fù)載匹配，在調(diào)節(jié)負(fù)載的過(guò)程中需要調(diào)整不同容量的諧振電容器和不同的變壓器匝比，用于負(fù)載安裝空間較小調(diào)整費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且調(diào)整后還需要各種測(cè)試觀察阻抗匹配和諧振頻率是否滿足工藝需求甚至還需要繼續(xù)調(diào)整，對(duì)工藝人員的技術(shù)水平依賴性強(qiáng)，降低生產(chǎn)效率，影響生產(chǎn)產(chǎn)量，也是感應(yīng)加熱全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化的一大瓶頸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為解決上述傳統(tǒng)感應(yīng)加熱電源負(fù)載諧振電路頻率和阻抗匹配需要手動(dòng)反復(fù)調(diào)整問題，提出一種阻抗、頻率自動(dòng)匹配式諧振電路，使感應(yīng)加熱電源負(fù)載諧振電路根據(jù)所加工零件工藝參數(shù)自動(dòng)匹配。

本發(fā)明為完成上述發(fā)明目的解決方案如下：

一種阻抗、頻率自動(dòng)匹配式諧振電路，包括負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路、信號(hào)反饋及控制輸出電路，信號(hào)反饋及控制輸出電路輸出控制信號(hào)的控制端通過(guò)電纜與感應(yīng)加熱電源相連，輸出高頻交流電的感應(yīng)加熱電源通過(guò)負(fù)載母線outa和outb與負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路相連接，反饋負(fù)載母線outa和outb上的電流、電壓和頻率分別通過(guò)電纜與信號(hào)反饋及控制輸出電路相連接；所述負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路由諧振電容切換電路與匹配變壓器匝比切換電路相連接構(gòu)成。

一種阻抗、頻率自動(dòng)匹配式諧振電路，所述逆變諧振電容切換電路由兩個(gè)大功率晶體管反并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)雙向高頻開關(guān)然后串聯(lián)諧振電容器構(gòu)成單路諧振電容電子切換電路，所述逆變諧振電容切換電路由若干路單路諧振電容電子切換電路構(gòu)成，其中諧振電容器c1到c8一個(gè)公共端并聯(lián)連接到負(fù)載母線outa上另一端分別串聯(lián)由z1到z16大功率晶體管構(gòu)成的雙向高頻開關(guān)，然后輸出全部并聯(lián)到負(fù)載另一條母線outb上，與匹配變壓器匝比切換電路并聯(lián)。

一種阻抗、頻率自動(dòng)匹配式諧振電路，所述匹配變壓器匝比切換電路由z17到z24大功率晶體管反并聯(lián)構(gòu)成的雙向高頻開關(guān)和可調(diào)匝比的匹配變壓器分組串聯(lián)構(gòu)成，并且負(fù)載母線公共端outa和outb接反饋?zhàn)儔浩鱰2將電壓信號(hào)ud1、ud2和頻率信號(hào)up1、up2反饋到信號(hào)反饋及控制輸出電路，負(fù)載母線一端過(guò)電流傳感器ix輸出反饋電流ic1和ic2到信號(hào)反饋及控制輸出電路。

一種阻抗、頻率自動(dòng)匹配式諧振電路，所述信號(hào)反饋及控制輸出電路是由輸入隔離線性光耦u2、u3，輸入隔離高速光耦u6，輸出電平轉(zhuǎn)換及驅(qū)動(dòng)芯片u4、u5，數(shù)字信號(hào)處理器dsp芯片u1a以及g1到g12的pwm驅(qū)動(dòng)脈沖輸出電路構(gòu)成。

一種阻抗、頻率自動(dòng)匹配式諧振電路的工作方法，是將信號(hào)反饋及控制輸出電路的輸出控制信號(hào)傳輸給感應(yīng)加熱電源，感應(yīng)加熱電源輸出的高頻交流電到連接負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路的負(fù)載母線outa和outb上；

將反饋outa和outb負(fù)載母線上的電流、電壓和頻率輸送到信號(hào)反饋及控制輸出電路，經(jīng)過(guò)信號(hào)反饋及控制輸出電路運(yùn)算處理輸出的g1到g12開關(guān)控制信號(hào)到負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路，通過(guò)控制信號(hào)的打開和關(guān)閉，達(dá)到阻抗、頻率自動(dòng)匹配的目的；

電流反饋信號(hào)ic1和ic2，經(jīng)線性光耦u3隔離后輸入到dsp芯片u1a的1腳adc采樣輸入口，

電壓反饋信號(hào)ud1、ud2經(jīng)線性光耦u2隔離后輸入到dsp芯片u1a的2腳adc采樣輸入口，頻率信號(hào)up1、up2經(jīng)高速光耦u6隔離后輸入到dsp芯片u1a的3腳io輸入口，通過(guò)對(duì)反饋電流、電壓、頻率進(jìn)行處理；

將前負(fù)載阻抗及諧振頻率，處理結(jié)果與對(duì)應(yīng)零件工藝參數(shù)進(jìn)行比較處理，然后通過(guò)dsp芯片u1a的pin_4到pin_16端輸出到電平轉(zhuǎn)換及驅(qū)動(dòng)芯片u4和u5，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片u4、u5放大后輸出g1到g12；

再通過(guò)控制g1到g8諧振電容切換電路控制信號(hào)，和g9到g10匹配變壓器匝比切換電路控制信號(hào)的打開和關(guān)閉，完成諧振電路阻抗、頻率的自動(dòng)匹配。

由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性：

一種阻抗、頻率自動(dòng)匹配式諧振電路，通過(guò)對(duì)反饋電流、電壓、頻率進(jìn)行運(yùn)算可求出當(dāng)前負(fù)載阻抗及諧振頻率，運(yùn)算結(jié)果與對(duì)應(yīng)零件工藝參數(shù)進(jìn)行比較處理，然后通過(guò)u1a的pin_4到pin_16輸出到電平轉(zhuǎn)換及驅(qū)動(dòng)芯片u4和u5經(jīng)過(guò)u4、u5放大后輸出g1到g12，通過(guò)控制g1到g8諧振電容切換電路控制信號(hào)和g9到g10匹配變壓器匝比切換電路控制信號(hào)的打開和關(guān)閉，完成一種阻抗、頻率自動(dòng)匹配式諧振電路。能夠使感應(yīng)加熱電源負(fù)載諧振電路根據(jù)所加工零件工藝參數(shù)自動(dòng)匹配。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明原理框圖；

圖2是本發(fā)明負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路圖；

圖3是本發(fā)明信號(hào)反饋及控制輸出電路。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的目的及技術(shù)方案實(shí)施，下面將結(jié)合附圖加以說(shuō)明。

如圖1、2、3所示，一種阻抗、頻率自動(dòng)匹配式諧振電路，包括負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路、信號(hào)反饋及控制輸出電路，信號(hào)反饋及控制輸出電路輸出控制信號(hào)的控制端通過(guò)電纜與感應(yīng)加熱電源相連，輸出高頻交流電的感應(yīng)加熱電源通過(guò)負(fù)載母線outa和outb與負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路相連接，反饋負(fù)載母線outa和outb上的電流、電壓和頻率分別通過(guò)電纜與信號(hào)反饋及控制輸出電路相連接；所述負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路由諧振電容切換電路與匹配變壓器匝比切換電路相連接構(gòu)成。

如圖1所示，一種阻抗、頻率自動(dòng)匹配式諧振電路，包括負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路、信號(hào)反饋及控制輸出電路，信號(hào)反饋及控制輸出電路輸出控制信號(hào)的控制端通過(guò)電纜與感應(yīng)加熱電源相連，輸出高頻交流電的感應(yīng)加熱電源通過(guò)負(fù)載母線outa和outb與負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路相連接，反饋負(fù)載母線outa和outb上的電流、電壓和頻率分別通過(guò)電纜與信號(hào)反饋及控制輸出電路相連接；所述負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路由諧振電容切換電路與匹配變壓器匝比切換電路相連接構(gòu)成。

信號(hào)反饋及控制輸出電路輸出控制信號(hào)給感應(yīng)加熱電源，然后感應(yīng)加熱電源輸出高頻交流電到outa和outb負(fù)載母線上，負(fù)載輸出母線與outa和outb與負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路相連接，通過(guò)反饋outa和outb負(fù)載母線上的電流、電壓和頻率到信號(hào)反饋及控制輸出電路，經(jīng)過(guò)所述信號(hào)反饋及控制輸出電路運(yùn)算處理輸出g1到g12開關(guān)控制信號(hào)到負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路，通過(guò)控制信號(hào)的打開和關(guān)閉，最終達(dá)到阻抗、頻率自動(dòng)匹配的目的。

所述負(fù)載自動(dòng)切換諧振電路如圖2所示由諧振電容切換電路與匹配變壓器匝比切換電路并聯(lián)構(gòu)成。

所述諧振電容切換電路從感應(yīng)加熱電源負(fù)載輸出母線outa引線連接諧振電容器c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8構(gòu)成的切換陣列公共端，c1另一端連接z1、z2的一個(gè)公共端，z1、z2是兩個(gè)反并聯(lián)的大功率晶體管，z1、z2的門極相連受控于控制信號(hào)g1，構(gòu)成一路高頻雙向電子開關(guān)，z1、z2的另一個(gè)公共端與其它整列高頻雙向電子開關(guān)并聯(lián)后連接到負(fù)載母線outb，c2另一端連接z3、z4的一個(gè)公共端，z3、z4是兩個(gè)反并聯(lián)的大功率晶體管，z3、z4的門極相連受控于控制信號(hào)g2，構(gòu)成一路高頻雙向電子開關(guān)，z3、z4的另一個(gè)公共端與其它整列高頻雙向電子開關(guān)并聯(lián)后連接到負(fù)載母線outb，c3另一端連接z5、z6的一個(gè)公共端，z5、z6是兩個(gè)反并聯(lián)的大功率晶體管，z5、z6的門極相連受控于控制信號(hào)g3，構(gòu)成一路高頻雙向電子開關(guān)，z5、z6的另一個(gè)公共端與其它整列高頻雙向電子開關(guān)并聯(lián)后連接到負(fù)載母線outb，c4另一端連接z7、z8的一個(gè)公共端，z7、z8是兩個(gè)反并聯(lián)的大功率晶體管，z7、z8的門極相連受控于控制信號(hào)g4，構(gòu)成一路高頻雙向電子開關(guān)，z7、z8的另一個(gè)公共端與其它整列高頻雙向電子開關(guān)并聯(lián)后連接到負(fù)載母線outb，c5另一端連接z9、z10的一個(gè)公共端，z9、z10是兩個(gè)反并聯(lián)的大功率晶體管，z9、z10的門極相連受控于控制信號(hào)g5，構(gòu)成一路高頻雙向電子開關(guān)，z9、z10的另一個(gè)公共端與其它整列高頻雙向電子開關(guān)并聯(lián)后連接到負(fù)載母線outb，c6另一端連接z11、z12的一個(gè)公共端，z11、z12是兩個(gè)反并聯(lián)的大功率晶體管，z11、z12的門極相連受控于控制信號(hào)g6，構(gòu)成一路高頻雙向電子開關(guān)，z11、z12的另一個(gè)公共端與其它整列高頻雙向電子開關(guān)并聯(lián)后連接到負(fù)載母線outb，c7另一端連接z13、z14的一個(gè)公共端，z13、z14是兩個(gè)反并聯(lián)的大功率晶體管，z13、z14的門極相連受控于控制信號(hào)g7，構(gòu)成一路高頻雙向電子開關(guān)，z13、z14的另一個(gè)公共端與其它整列高頻雙向電子開關(guān)并聯(lián)后連接到負(fù)載母線outb，c8另一端連接z15、z16的一個(gè)公共端，z15、z16是兩個(gè)反并聯(lián)的大功率晶體管，z15、z16的門極相連受控于控制信號(hào)g8，構(gòu)成一路高頻雙向電子開關(guān)，z15、z16的另一個(gè)公共端與其它整列高頻雙向電子開關(guān)并聯(lián)后連接到負(fù)載母線outb，如果控制端g1到g8為高電平則高頻雙向電子開關(guān)打開，如果g1到g8為低電平則高頻雙向電子開關(guān)關(guān)閉，例如g1為高電平則z1、z2同時(shí)打開諧振電容c1就直接并聯(lián)在負(fù)載母線outa和outb兩端通過(guò)匹配變壓器匝比切換電路與匹配變壓器t1構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，通過(guò)控制g1到g8輸出電平的高低可以調(diào)整并聯(lián)諧振電容器容量和容值的大小，改變負(fù)載阻抗、頻率向一個(gè)方向變化，其中g(shù)1到g8至少有一個(gè)為高電平，也可以同時(shí)多個(gè)高電平。

所述匹配變壓器匝比切換電路匹配變壓器原邊一端抽頭與感應(yīng)加熱電源負(fù)載輸出母線outa引線直接連接，原邊剩余4組抽頭分別串聯(lián)由z17、z18、z19、z20、z21、z22、z23、z24兩組反并聯(lián)構(gòu)成高頻雙向電子開關(guān)，然后輸出并聯(lián)后與負(fù)載輸出母線outb引線連接，由z17、z18構(gòu)成高頻雙向電子開關(guān)連接原邊匝數(shù)最小的抽頭為n1匝，z19、z20構(gòu)成高頻雙向電子開關(guān)連接原邊匝數(shù)為n2匝抽頭，z21、z22構(gòu)成高頻雙向電子開關(guān)連接原邊匝數(shù)為n3匝抽頭，z23、z24構(gòu)成高頻雙向電子開關(guān)連接原邊匝數(shù)為n4匝抽頭，其中n4大于n3，n3大于n2，n2大于n1，并且n1、n2、n3、n4均為整數(shù)，z17、z18構(gòu)成高頻雙向電子開關(guān)受控于控制信號(hào)g9，z19、z20構(gòu)成高頻雙向電子開關(guān)受控于控制信號(hào)g10，z21、z22構(gòu)成高頻雙向電子開關(guān)受控于控制信號(hào)g11，z23、z24構(gòu)成高頻雙向電子開關(guān)受控于控制信號(hào)g12，控制端g9到g12為高電平則高頻雙向電子開關(guān)打開，如果g9到g12為低電平則高頻雙向電子開關(guān)關(guān)閉，g9、g10、g11、g12為互鎖信號(hào)同一時(shí)刻只能有一個(gè)為高電平，并且必須有一個(gè)為高電平，例如g9為高電平時(shí)只有z17、z18構(gòu)成高頻雙向電子開關(guān)打開變壓器原邊n1匝通過(guò)負(fù)載母線outa、outb與諧振電容并聯(lián)構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，負(fù)載母線通過(guò)采樣變壓器t2的ud1、ud2電壓信號(hào)與up1、up2頻率信號(hào)和電流傳感器ix的ic1和ic2反饋到信號(hào)反饋及控制輸出電路，通過(guò)信號(hào)反饋及控制輸出電路的運(yùn)算處理控制，g9到g10任意一個(gè)為高電平可以調(diào)整匹配變壓器匝比大小，從而改變負(fù)載阻抗、頻率向另一個(gè)方向變化，配合所述諧振電容切換電路對(duì)諧振電容的調(diào)整組合成工藝需要的阻抗、頻率匹配諧振電路。

所述信號(hào)反饋及控制輸出電路如圖3所示電流ic1和ic2反饋信號(hào)經(jīng)線性光耦u3隔離后輸入到dsp芯片u1a的1腳adc采樣輸入口，電壓反饋信號(hào)ud1、ud2經(jīng)線性光耦u2隔離后輸入到dsp芯片u1a的2腳adc采樣輸入口，頻率信號(hào)up1、up2經(jīng)高速光耦u6隔離后輸入到dsp芯片u1a的3腳io輸入口，通過(guò)對(duì)反饋電流、電壓、頻率進(jìn)行運(yùn)算可求出當(dāng)前負(fù)載阻抗及諧振頻率，運(yùn)算結(jié)果與對(duì)應(yīng)零件工藝參數(shù)進(jìn)行比較處理，然后通過(guò)u1a的pin_4到pin_16輸出到電平轉(zhuǎn)換及驅(qū)動(dòng)芯片u4和u5經(jīng)過(guò)u4、u5放大后輸出g1到g12，通過(guò)控制g1到g8諧振電容切換電路控制信號(hào)和g9到g10匹配變壓器匝比切換電路控制信號(hào)的打開和關(guān)閉，完成一種阻抗、頻率自動(dòng)匹配式諧振電路。

上述u1a型號(hào)為dsp芯片，u2、u3型號(hào)為線性光耦，u4、u5型號(hào)為電平轉(zhuǎn)換及驅(qū)動(dòng)芯片，u6型號(hào)為高速光耦。還可用其他型號(hào)。