0 引言

    兆赫級(jí)大容量的超高頻感應(yīng)加熱電源在新興的晶體生長(zhǎng)設(shè)備制造業(yè)中具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和良好的應(yīng)用前景,，由于目前適用于超高頻領(lǐng)域的全控型器件單橋不可能并聯(lián)器件過多，目前有效提高容量的方法是通過全橋模塊的并聯(lián)來提高整個(gè)裝置的容量^[1],。

    近年來LLC負(fù)載的電壓型諧振逆變器已成為研究人員的主要研究方向,，但在分析電壓型諧振逆變器并聯(lián)特性時(shí)，一般將各相逆變器的串聯(lián)電感設(shè)計(jì)為相等,。文獻(xiàn)[2-3]采用相移控制多個(gè)相同LLC負(fù)載并聯(lián)來提高輸出功率,。文獻(xiàn)[4-5]采用全數(shù)字控制兩個(gè)相同逆變模塊制作高頻感應(yīng)加熱電源,簡(jiǎn)單分析了串聯(lián)電感不同時(shí)的逆變模塊輸出電流與串聯(lián)電感成反比,僅給出117 kHz下的實(shí)驗(yàn)波形。實(shí)際應(yīng)用中逆變器的串聯(lián)電感不會(huì)完全相同,，可能會(huì)使逆變器模塊的工作狀態(tài)發(fā)生變化,，以至影響逆變器的安全可靠運(yùn)行。目前對(duì)于超高頻下串聯(lián)電感不同時(shí)的逆變器并聯(lián)研究較少,。本文分析了1 MHz電壓型諧振逆變器在電感差異和電壓差異時(shí)的換流角度，并通過仿真驗(yàn)證了換流角度可以保證在小感性換流狀態(tài),。

1 LLC負(fù)載的1 MHz超高頻電壓型諧振逆變器并聯(lián)特性分析

    兩個(gè)LLC電壓型諧振逆變器并聯(lián)電路如圖1所示,。

    由于LLC負(fù)載諧振電路一般工作在諧振狀態(tài),電路只對(duì)基波產(chǎn)生諧振[6]。相量形式的兩個(gè)并聯(lián)LLC電壓型諧振逆變器等效電路如圖2所示,。

1.1 輸出電壓相同,、串聯(lián)電感不同時(shí)的逆變器并聯(lián)分析

    由圖2等效電路可知：

    從式(5)、(7)可以看出兩個(gè)逆變單元的輸出電流的幅值不等，相位角相等,，并且輸出電流的相位角隨β₁,、β₂變化而變化。

    圖3給出不同電感比下的逆變器換流角度變化曲線,。從圖中可以看出,，即使逆變器串聯(lián)的不同電感變化較大時(shí)，兩個(gè)逆變單元的輸出電流的相位角變化也較小,，整體保持在小感性的角度范圍,。

    圖4為不同電感比下的LLC品質(zhì)因數(shù)變化曲線。從圖中可以看出當(dāng)β₁,、β₂都增大時(shí),，品質(zhì)因數(shù)成上升趨勢(shì)。當(dāng)β₁或者β₂一定時(shí),，隨著β₂或β₁的增大,，品質(zhì)因數(shù)逐漸增加，上升趨勢(shì)大體一致,，而且變化抖動(dòng)比β₁,、β₂都增大時(shí)要小，所以在實(shí)際中要考慮選擇合適,、穩(wěn)定的品質(zhì)因數(shù),，一般的做法是繞制完成其中一個(gè)電感線圈后，在它的基礎(chǔ)上去繞制另外一個(gè)電感線圈(實(shí)際中電感差異一般在50%之內(nèi)),。

    如圖5為選取幾組特定參數(shù)下的角度隨頻率變化曲線,。當(dāng)逆變器的工作頻率處于較低頻率時(shí)，輸出電流的相位角較大,；當(dāng)頻率達(dá)到1 MHz或以上時(shí),，輸出電流的相位角很小，基本位于10°以下,。通過對(duì)比圖3可以得出當(dāng)逆變器工作頻率在1 MHz或以上時(shí),，即使串聯(lián)電感差異很大，逆變器換流角度也能在正常的工作范圍內(nèi),。

1.2 輸出電壓不同,、串聯(lián)電感不同時(shí)的逆變器并聯(lián)分析

    當(dāng)兩逆變器單元的輸出電壓的幅值不同、相位相同時(shí),，其輸出電流的相位角將發(fā)生變化,，式(2)、式(3)可變?yōu)椋?/p>

    (1)U₁,、U₂幅值相差20%時(shí)：

    圖6給出了輸出電壓差異20%時(shí)1 MHz電壓型諧振逆變器輸出電流相位角變化曲線,，從圖中可以看出兩個(gè)逆變單元輸出電流的相位角都變化在5°~25°之間,，并且對(duì)應(yīng)相同電感下兩個(gè)輸出電流的相位角度差在5°以內(nèi)，沒有使角度脫離小感性換流的范圍,。

    (2)U₁,、U₂幅值相差50%時(shí)：

    圖7給出了輸出電壓差異50%時(shí)的1 MHz電壓型諧振逆變器輸出電流相位角變化曲線，從圖中可以看出兩個(gè)逆變單元的輸出電流相位角相比電壓相等時(shí)的情況沒有明顯的角度增大,。通過上述曲線可以得出,，對(duì)于工作在1 MHz的電壓型諧振逆變器，其適應(yīng)輸出電壓差異的能力很強(qiáng),，其輸出電流的相位角保持在小感性狀態(tài),，保證了逆變器的正常可靠運(yùn)行,。

2 仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

    為驗(yàn)證以上理論分析的正確性,，采用MATLAB搭建了LLC負(fù)載以及兩個(gè)1 MHz電壓型逆變器并聯(lián)電路，仿真波形如圖8所示,。

    從圖中可以看出并聯(lián)逆變模塊輸出電壓相同,，則兩個(gè)逆變單元的輸出電流相位相同，輸出的電流值和串聯(lián)電感值成反比,。并且在串聯(lián)不同電感下逆變器的輸出電流相位滯后于其輸出電壓,，滯后的角度可以保證逆變器工作在小感性狀態(tài)，從而驗(yàn)證了式(7)結(jié)論以及逆變器換流角度隨β₁,、β₂變化曲線的正確性,。

    圖9給出了逆變器輸出電壓幅值存在差異時(shí)的仿真波形。采用參數(shù)同圖8,，從圖8,、9對(duì)比可以看出，逆變器輸出電壓幅值有差異時(shí),，對(duì)逆變器的輸出電流的相位角影響很小,，即仍然可以保證逆變器工作在小感性狀態(tài)。

    圖10給出了逆變器工作頻率約為200 kHz和500 kHz時(shí)的仿真曲線,。電感和電阻參數(shù)和圖9相同,，諧振電容C分別為0.45 μF和0.07 μF。圖中可以看出逆變器輸出電流的相位角明顯較大,，不利于逆變器的正?？煽窟\(yùn)行。通過對(duì)比圖10的換流角度,，更能明顯說明圖8中1 MHz電壓型諧振逆變器并聯(lián)時(shí)的換流角度是很小的,，能保證逆變器工作在小感性的換流狀態(tài)。

3 結(jié)論

    本文對(duì)LLC負(fù)載1 MHz超高頻電壓型諧振逆變器串聯(lián)不同電感時(shí)的并聯(lián)特性進(jìn)行了研究,，對(duì)逆變器輸出流相位角、LLC品質(zhì)因數(shù)與不同電感比的關(guān)系進(jìn)行了理論分析及仿真。通過對(duì)比存在電壓差異和頻率較低下逆變器輸出電流相位角的變化及仿真,，驗(yàn)證了工作頻率為1 MHz的電壓型諧振逆變器在存在電感差異,、電壓差異時(shí)換流角度是較小的，可以保證逆變器工作在小感性換流狀態(tài),。

參考文獻(xiàn)

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