兆赫級超高頻感應加熱電源電路的分析與研究

　　兆赫級超高頻感應加熱在金屬表面熱處理與加熱工藝中具有獨特的優(yōu)點和良好的應用前景，但目前該頻段的加熱電源仍以電子管振蕩器為主。眾所周知，電子管感應加熱設備效率很低（50%左右），器件使用壽命短，需要預熱啟動［1］ 。采用MOSFET等快速電力電子器件研制全固態(tài)超高頻感應加熱已經(jīng)成為該領域的發(fā)展趨勢，并在 1MHz左右的小功率應用領域已經(jīng)取得了一些成果［2-13］。相對于較低頻率（如幾十kHz、幾百kHz），兆赫級超高頻電源由于開關頻率高，在電路設計和生產(chǎn)工藝上增加了很多問題，特別是需要解決電路中雜散分布參數(shù)引起的電壓電流過沖和器件開關損耗大這兩大問題。因為在兆級頻率下，線路中的雜散電感和器件寄生電容的等效阻抗已經(jīng)不能忽略，所引起的寄生振蕩和電壓、電流過沖將危及電路的正常工作；另一方面，隨著工作頻率的上升，器件的開關損耗也隨之增大。因此，設計超高頻電源的電路首先需要能夠吸收（或工藝上減?。╇娐分械碾s散分布參數(shù)、減低開關損耗。目前超高頻小功率加熱電源的拓撲多為單管或雙管結構：Class-D電路在射頻電源中有較長的應用歷史，也適合于高頻加熱工作［4，8-9］。文獻［4］研究了 D類諧振逆變器并研制了 1MHz加熱電源。但是D類諧振逆變器屬于電壓型逆變器，上下開關必須設置導通死區(qū)，該死區(qū)需要占用每個周期內的一段時間，這不利于頻率的進一步提高，且電壓型電路短路保護較困難。Class-E電路［10］通過在功率器件兩端并聯(lián)電容來吸收器件寄生電容，目前已有采用E類雙管拓撲研制成功 2MHz小功率感應加熱電源的報導 ［11］。雖然Class-E電路的開關損耗小，適合應用于超高頻、甚至射頻領域，但由于其負載適應能力差，在負載參數(shù)變化范圍較大的感應加熱中應用有很大的局限性。借鑒DC/DC變換中的軟開關技術應用于超高頻感應加熱［13-17］，需要注意吸收開關回路的分布參數(shù)和諧振槽路負載匹配問題。本文針對兆赫級超高頻工作狀況，提出了一種能夠吸收線路雜散分布參數(shù)，且電路中開關器件工作于零電壓軟開關的新型雙管超高頻感應加熱電源電路。該結構另一個突出的優(yōu)點是：在輸入端增加了高頻平波電抗器，所以該拓撲又具有電流型逆變器的優(yōu)點：兩只開關的導通沒有死區(qū)時間的限制。本文介紹了電路的工作原理，分析了諧振槽路的電壓電流波形，并給出了仿真與實驗結果。