傳統(tǒng)的注塑機(jī)加熱方法是利用電阻絲加熱，這種方法的特點是通過熱傳遞加熱，熱量損耗大，熱效率低。中頻加熱技術(shù)是利用被加熱工件在交變中產(chǎn)生的渦流進(jìn)行加熱，使得在范圍內(nèi)的工件溫度急速上升，達(dá)到快速加熱的目的。該技術(shù)的特點是：溫控區(qū)精確、熱量損耗小、熱效率高、加熱時間短、功率密集和容易控制，節(jié)約電能。

　　本文所述中頻加熱電源采用交直交的變頻原理，三相50Hz的正弦交流輸入電壓經(jīng)過整流濾波為540V平滑直流電壓，再經(jīng)逆變器將直流電壓變成不同頻率的交流電壓供負(fù)載使用。本文采用半橋諧振逆變結(jié)構(gòu)，與全橋諧振相比，簡單可靠。

　　半橋加熱電源為諧振型逆變電源，其主電結(jié)構(gòu)如圖1所示。輸入采用三相AC/DC不可控整流，輸出采用半橋逆變電，負(fù)載回采用LC諧振電。

　　圖1中，C1、C2是高頻無感電容，R1、R2是均壓電阻，C1、C2兩端電壓相等。當(dāng)功率管VT1導(dǎo)通時，VT1、L、R、C2與直流母線發(fā)生諧振，電流方向如圖所示；當(dāng)功率管VT2導(dǎo)通時亦然，電流方向相反。通過控制電輸出交替的驅(qū)動波形，驅(qū)率管VT1、VT2交替導(dǎo)通，在LC負(fù)載兩端產(chǎn)生交流電壓，負(fù)載中流過交變電流，線圈L中鐵質(zhì)工件在交變電流的交變內(nèi)產(chǎn)生渦流而發(fā)熱。

　　調(diào)頻調(diào)功（PFM）是通過改變開關(guān)頻率倆改變負(fù)載功率的控制方式，在LCR諧振中，在負(fù)載等效參數(shù)R、L和C一定的情況下，諧振的等效電如圖2所示。

　　由式（4）可知，負(fù)載的等效隨著負(fù)載電流的頻率f變化，其變化曲線所示。當(dāng)負(fù)載電壓一定時，負(fù)載的電流頻率越偏離負(fù)載諧振頻率f0，等效越大，輸出的功率越小。當(dāng)f=f0時，負(fù)載等效最小，即Z=R，此時負(fù)載的功率最大；f》f0時，負(fù)載等效呈感性，且頻率越大感抗越大，輸出功率越?。籪《f0時，負(fù)載等效呈容性，且頻率越小容抗越大，輸出功率越小。諧振負(fù)載功率分布特性曲線說明通過改變負(fù)載電流頻率即可改變諧振負(fù)載回輸出功率。發(fā)生諧振時，負(fù)載輸出功率最大，為了避免工作點滑向容性諧振狀態(tài)，導(dǎo)致開關(guān)器件換流開通時造成較大的尖峰電流以及續(xù)流二極管反向恢復(fù)引起的橋臂直通，控制逆變器開關(guān)工作頻率略大于負(fù)載固有諧振頻率f0，以加熱電源LRC負(fù)載回工作在弱感性諧振狀態(tài)。

　　SG3525是美國半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種功能齊全、通用性強(qiáng)的單片集成PWM芯片。采用恒頻脈寬調(diào)制方案，適用于多種開關(guān)電源的控制。如圖5所示，內(nèi)部集成了振蕩器、PWM比較器、誤差放大器、欠壓鎖定電、軟啟動控制電、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電，頻率可調(diào)，同時能最大占空比，并且其輸出為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動能力。其突出的特點是：

　　控制電框圖如圖6所示。采用SG3525更容易地實現(xiàn)了調(diào)頻調(diào)功，解決了不同注塑機(jī)料筒加熱直徑變化造成負(fù)載諧振頻率不匹配且功率不穩(wěn)定的問題。其中，由單片機(jī)給出負(fù)載電流給定，通過PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生電壓信號，通過該電壓信號控制SG3525調(diào)節(jié)驅(qū)動電的頻率，從而改變負(fù)載電流的頻率，使負(fù)載電流與給定電流大小一致，即改變負(fù)載回的等效。電通過單片機(jī)控制SG3525輸出PWM信號，有過壓、過流、過熱等故障時，關(guān)閉PWM輸出。單片機(jī)采樣電壓、電流、頻率和溫度等信號，通過顯示器顯示，鍵盤操作可以設(shè)定加熱模式及溫度。

　　為了使加熱電源能在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場以及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，本文在實際電設(shè)計中，利用SG3525的特性，設(shè)計了過壓、過流等電。

　　過壓電如圖7所示。其中，LM393所設(shè)定的電壓值與通過采樣的直流母線電壓比較，當(dāng)電壓高于所設(shè)定的電壓時，運放輸出低電平，電切斷驅(qū)動電源。

　　過流電如圖8所示。通過霍爾電流傳感器采樣的負(fù)載電流所對應(yīng)的電壓信號與所設(shè)定的過流動作對應(yīng)的電壓比較，當(dāng)負(fù)載電流大于設(shè)定動作電流時，電切斷驅(qū)動電電源。

　　電工作原理是：負(fù)載回電流經(jīng)過霍爾電流傳感器取樣整流，經(jīng)過信號調(diào)理輸出一個電壓信號Ua；Ua與電流給定信號Ub進(jìn)行加法運算，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)產(chǎn)生-3V～0V的電壓Uc。Uc反相后產(chǎn)生0~3V的電壓信號Ud。SG3525引腳6固定輸出的3.5V電壓與Ud的電壓差加在RT上，改變Ud大小即改變流過RT的電流，從而改變SG3525振蕩電容的振蕩頻率，改變SG3525的輸出頻率。當(dāng)負(fù)載電流大于電流給定時，PI調(diào)節(jié)器使Ud電壓降低，3525引腳6電流變大，其輸出頻率增大，負(fù)載等效變大，使負(fù)載電流變??；反之，當(dāng)負(fù)載電流小于電流給定值時，SG 3525輸出頻率減小，負(fù)載等效變小，負(fù)載電流增大，即實現(xiàn)電流閉環(huán)的控制。

　　電源系統(tǒng)采用單片機(jī)實現(xiàn)智能溫度控制和人機(jī)交互。通過如圖6所示的電壓、電流、頻率、溫度等采集模塊將信號送入單片機(jī)，通過程序設(shè)置過壓、過流、過熱等軟件。

　　本文根據(jù)調(diào)頻調(diào)功的控制理論，結(jié)合了負(fù)載LC諧振式逆變器，研制了20kHz/10kW的中頻加熱電源，對注塑機(jī)進(jìn)料筒進(jìn)行加熱試驗，其功率曲線中可知，負(fù)載功率隨著驅(qū)動頻率的變化而變化，說明了所設(shè)計的PI調(diào)節(jié)器調(diào)頻調(diào)功的方法是可行的該加熱電源工作在10kW時，功率因數(shù)為0.99，其功率管的驅(qū)動電壓、功率管的工作電壓和負(fù)載電流波形如圖11所示。其中ug是功率管VT1驅(qū)動電壓波形，工作頻率f=17.16kHz，uVT1是功率管VT1的電壓波形，io是負(fù)載電流。從圖11中可知，輸出電流為標(biāo)準(zhǔn)正弦波，且波形連續(xù)，電壓uVT1與負(fù)載電流io波形均無尖峰，開關(guān)管工作在準(zhǔn)軟開關(guān)狀態(tài)；功率管兩端電壓波形稍稍超前電流波形，這表明諧振回工作在弱感性狀態(tài)，實測結(jié)果與理論設(shè)計要求相符合。并且對不同直徑的注塑機(jī)進(jìn)料筒加熱時，電源系統(tǒng)能順利實現(xiàn)智能溫度控制和功率控制。

　　通過試驗10kW注塑機(jī)用加熱電源，驗證了本文所設(shè)計的工作原理是正確的，所得的結(jié)果也是可信和可行的，尤其是所設(shè)計的PI調(diào)節(jié)電，通過硬件電流閉環(huán)和軟件功率閉環(huán)，解決了不同注塑機(jī)料筒加熱直徑變化造成負(fù)載諧振頻率不匹配且功率不穩(wěn)定的問題；而且將直流母線電壓、負(fù)載電流、工作頻率等實時顯示出來，對于了解負(fù)載變化等起到一目了然的作用，并且該電源使用、調(diào)試方便，易于維修。