應(yīng)用于釬焊、熔煉等熱加工工藝的感應(yīng)加熱電源在運(yùn)行過(guò)程中，隨著負(fù)載溫度升高和爐料的熔化，負(fù)載等效參數(shù)會(huì)產(chǎn)生時(shí)變，從而引起負(fù)載固有諧振頻率的變化。為了使逆變器始終工作在功率因數(shù)接近或等于1的準(zhǔn)諧振或諧振狀態(tài)，控制電路必須能夠?qū)崿F(xiàn)頻率自動(dòng)跟蹤。

本文采用LEM電流傳感器、電壓比較器和CD4046鎖相環(huán)對(duì)負(fù)載電流進(jìn)行頻率跟蹤，實(shí)現(xiàn)了功率器件的零電流開(kāi)關(guān)（ZCS），減小了開(kāi)關(guān)損耗和電磁干擾（EMI）。由于在電路剛起動(dòng)時(shí)，電流反饋信號(hào)為零，CD4046不能入鎖。本文提出了一種利用CD4046自身特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的它激到自激的轉(zhuǎn)換電路，很好地解決了這一問(wèn)題。另外，加上相位補(bǔ)償電路的引入，最終實(shí)現(xiàn)了頻率自動(dòng)跟蹤控制。整個(gè)電路具有跟蹤速度快、跟蹤頻率準(zhǔn)確、保護(hù)容易、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

CD4046鎖相環(huán)在感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用----鎖相環(huán)功能原理

鎖相環(huán)簡(jiǎn)稱為pLL，主要由3個(gè)基本單元構(gòu)成：相位比較器pD、壓控振蕩器VCO和外接的R、C無(wú)源低通濾波器LpF。CD4046包含前面2個(gè)單元，使用時(shí)外接低通濾波器，從而形成完整的鎖相環(huán)。pLL功能框圖如圖1所示。

施加于相位比較器的有輸入信號(hào)Vi（t）和壓控振蕩器的輸出信號(hào)Vo（t）。相位比較器輸出信號(hào)Ve（t）正比于Vi（t）和Vo（t）的相位差。Ve（t）經(jīng)低通濾波器濾去高頻成分后得到一個(gè)平均電壓Vd（t），去控制壓控振蕩器的頻率變化，使輸入與輸出信號(hào)頻率之差不斷減少，直到這個(gè)差值為零時(shí)鎖定，實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤。低通濾波器的時(shí)間參數(shù)決定了跟隨輸入信號(hào)的速度，同時(shí)也限制了pLL的捕捉范圍。

CD4046鎖相環(huán)在感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用----CD4046鎖相環(huán)的邏輯結(jié)構(gòu)

從圖2中可以看出，CD4046包含了2個(gè)相位比較器（鑒相器）、1個(gè)壓控振蕩器以及2個(gè)附加部分，即輸入信號(hào)源極跟隨器和穩(wěn)壓管，比較器有2個(gè)共同輸入信號(hào)端（3和14腳），信號(hào)輸入既可以與大信號(hào)直接匹配，又可以間接地通過(guò)串聯(lián)電容接入小信號(hào)。自偏置電路可在放大器的線性區(qū)域調(diào)整小電壓信號(hào)。

相位比較器1是異或門(mén)，產(chǎn)生1個(gè)數(shù)字信號(hào)（2腳），并在信號(hào)輸入與相位比較器輸入信號(hào)之間的中心頻率處維持90相移（要求輸入信號(hào)占空比為50%）。

相位比較器2由邏輯門(mén)控制的4個(gè)邊沿觸發(fā)器和3態(tài)輸出電路組成，產(chǎn)生數(shù)字誤差信號(hào)（13腳）和相位脈沖輸出（1腳），并在信號(hào)輸入與相位比較器輸入信號(hào)之間保持嚴(yán)格同步，產(chǎn)生0相移（與占空比無(wú)關(guān)）。故本文采用相位比較器2。

線性VCO（4腳）產(chǎn)生1個(gè)輸出信號(hào)，其頻率與VCO輸入的電壓以及連接到引出端的電容C值及R1和R2的阻值有關(guān)。并且輸出頻率范圍fmin～fmax滿足以下公式：

相位脈沖輸出端（1腳），用于表示鎖定或2個(gè)信號(hào)之間的相位差。如果相位脈沖端輸出高電平，表示處于鎖定狀態(tài)。在信號(hào)輸入端無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，壓控振蕩器被調(diào)整在最低頻率上。

CD4046鎖相環(huán)在感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用----CD4046鎖相環(huán)的起動(dòng)入鎖

由于電路起動(dòng)瞬間，電流反饋信號(hào)為零，VCO始終在最低頻率處振蕩，這樣就存在起動(dòng)時(shí)不能自動(dòng)入鎖問(wèn)題。一般采用它激到自激的轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)起動(dòng)問(wèn)題。

如圖5所示，電路啟動(dòng)后，隨著電容Cs的充電，A點(diǎn)電壓由VCC逐漸降低，VCO輸出頻率從最大值fmax滑向最小值fmin。只要負(fù)載的固有諧振頻率在fmax至fmin之間，就會(huì)引起負(fù)載諧振，鎖相環(huán)進(jìn)入鎖定狀態(tài)，順利地啟動(dòng)逆變器。此過(guò)程完成后，二極管會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流時(shí)間太長(zhǎng)使占空比損失。一般，Cs的值應(yīng)取5nF～30nF左右。Cr的值一般應(yīng)該取得比Cs的值大5～30倍比較合適，以滿足VF的零電壓關(guān)斷，并且不使有效占空比變得太少。Lr的值影響VF開(kāi)通時(shí)和整流橋上橋臂兩管關(guān)斷時(shí)的電流上升率，應(yīng)主要根據(jù)流過(guò)VF管的最大電流的值進(jìn)行選取，一般選擇1～10H。由于V7、V8只在極短的時(shí)間內(nèi)流過(guò)電流，故可以選擇比較小的管子。

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