一种利用谐振电流最大有效值寻优实现锁相环的方法
【专利摘要】本发明公开一种利用谐振电流最大有效值寻优实现锁相环的方法，包括以下步骤：测量电感量范围，结合电容量计算谐振频率范围；利用4046锁相环芯片锁相得到参考频率；利用AD736芯片测的电流有效值，结合谐振频率黄金寻优算法得到最优测试频率；对比参考频率、最优测试频率和估算的频率范围,综合评估。本发明用于解决串联谐振型感应加热系统中的谐振频率漂移的问题，该方法不仅降低了开关频率、实现软开关，并且可以确保系统的最大功率输出，最终使得感应加热系统的稳定工作和达到高效电热转换的状态。
【专利说明】—种利用谐振电流最大有效值寻优实现锁相环的方法
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及感应加热系统中锁相环【技术领域】，具体涉及一种利用谐振电流最大有效值寻优实现锁相环的方法。
【【背景技术】】
[0002]在感应加热系统中加热感应线圈和加热体的电感量一般较小(μ H级)，难以准确测的，感应线圈的电感量不仅与通过线圈的电流频率相关，还与温度、加热体等诸多因素相关。因而对于不同的感应线圈，很难准确的获知它在不同条件下的准确电感量。
[0003]虽然在设计系统时无法准确知道电感量，但是可以通过电桥测得电感量的粗略估计值。而实际感应线圈工作时的电感量是在所测值附近波动。这样就可以依据谐振频率设计出谐振电路。在匹配负载的过程中需要用电容(称为谐振无感电容)来减小无功功率，由于制造工艺和测量手段的限制，电容值也不十分精确，在设计时会引入额外的误差。因此影响工作点的因素有以下几点:
[0004]1、电感值测量误差大，随频率波动大；
[0005]2、电容值标称有土 5%的偏差，长时间使用会漂移；
[0006]3、工作环境的影响，温度等。
[0007]综合前面提到的各 种不准确的因素，只能够得到谐振电路的谐振点范围。加热电源实际工作时的频率在设计工作点附近波动。锁相环技术的引入则可以很有效的解决谐振点实时跟踪的问题。
[0008]传统的一般使用CD4046锁相环芯片实现锁相，但是本身固有许多缺点:跟踪范围窄，频段不同，对应的滤波器参数不同，在串联谐振电路中另加辅助电路实现死区时间，电路元件较多，参数易受影响，同时电源启动成功率不高，并且故障率多，工作中易失锁，实际应用可靠性较低。
【
【发明内容】
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[0009]本发明的目的就是为了解决上述传统使用CD4046锁相环芯片的缺点，提出了一种利用谐振电流最大有效值寻优实现锁相环的方法，该方法从负载特性的角度上出发，通过结合使用传统锁相环芯技术作参考，双管齐下，可以实现的对谐振频率的漂移实现了有效跟踪、锁定。
[0010]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0011]一种利用谐振电流最大有效值寻优实现锁相环的方法，包括以下步骤:
[0012]I)利用电桥测量出在不同频率下的串联谐振型感应加热系统的加热线圈对应的电感值，并结合串联谐振型感应加热系统的电容值计算出谐振频率的数值范围Φ;
[0013]2)采集串联谐振型感应加热系统的感应加热电源负载回路中的电流信号，并对该电流信号进行过零比较后，再将过零比较后的电流信号的正弦波转换为同相位的矩形波，并反馈给CD4046芯片后，与感应加热电源负载电压的驱动信号相比，当两者同相位时，⑶4046芯片将驱动信号的频率锁定，记录该频率为参考频率fVKEF ；
[0014]3)利用负载电压驱动信号的频率和负载回路中的电流为单峰值曲线的关系，使用黄金寻优法对步骤I)中得出的谐振频率的数值范围Φ进行频点采样，将采样的频点的电流信号经过电流互感器采集，再经过精密电阻，变换为电压信号，并输入到AD736芯片转换为对应电流信号有效值的电平信号，对比电平信号的高低，然后迭代出电流信号在最大有效值下对应的最优测试频率foptimal ;
[0015]4)当参考频率fVKEF和最优测试频率均在谐振频率的数值范围Φ内时，t匕
较参考频率f—和最优测试频率foptimal的大小，当
【权利要求】
1.一种利用谐振电流最大有效值寻优实现锁相环的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)利用电桥测量出在不同频率下的串联谐振型感应加热系统的加热线圈对应的电感值，并结合串联谐振型感应加热系统的电容值计算出谐振频率的数值范围Φ; 2)采集串联谐振型感应加热系统的感应加热电源负载回路中的电流信号，并对该电流信号进行过零比较后，再将过零比较后的电流信号的正弦波转换为同相位的矩形波，并反馈给CD4046芯片后，与感应加热电源负载电压的驱动信号相比，当两者同相位时，CD4046芯片将驱动信号的频率锁定，记录该频率为参考频率fVKEF ; 3)利用负载电压驱动信号的频率和负载回路中的电流为单峰值曲线的关系，使用黄金寻优法对步骤I)中得出的谐振频率的数值范围Φ进行频点采样，将采样的频点的电流信号经过电流互感器采集，再经过精密电阻，变换为电压信号，并输入到AD736芯片转换为对应电流信号有效值的电平信号，对比电平信号的高低，然后迭代出电流信号在最大有效值下对应的最优测试频率f_imal ; 4)当参考频率fVKEF和最优测试频率f；ptimal均在谐振频率的数值范围Φ内时，比较参考频率fvKEF和最优测试频率W的大小，当
2.根据权利要求1所述的一种利用谐振电流最大有效值寻优实现锁相环的方法，其特征在于，步骤I)中，谐振频率f的计算公式如下:
3.根据权利要求1所述的一种利用谐振电流最大有效值寻优实现锁相环的方法，其特征在于，步骤2)中，通过电流互感器采集串联谐振型感应加热系统的感应加热电源负载回路中的电流信号。
4.根据权利要求1所述的一种利用谐振电流最大有效值寻优实现锁相环的方法，其特征在于，步骤3)中，使用黄金寻优法对步骤I)中得出的谐振频率的数值范围Φ进行频点采样，包括以下步骤: a)定义谐振频率的数值范围0 = [fmin，fmax]，以及谐振频率的数值范围Φ内的两个黄金分割点对应的频率和f2，将两个黄金分割点对应的频率和f2作为负载电压驱动频率，测试出在频率和f2对应下的电流有效值I1和I2 ;当I1M2时，更新谐振频率的数值范围Φ为E1=Lfmin, f2]，当Ii〈I2时，更新谐振频率的数值范围Φ为 O1=Ef1, fmJ，其中，fmi?为下线频率，f-为上限频率，Of2 ； b)重复步骤a)得到下一次更新谐振频率的数值范围φ2，再经过重复η-1次步骤a)之后确定出最终的谐振频率的数值范围Φη，选择0?的上限频率作为最优测试频率f；ptimal，其中，n=l, 2,…。
5.根据权利要求4所述的一种利用谐振电流最大有效值寻优实现锁相环的方法，其特征在于，重复进行步骤a)的次数η的计算公式如下:
【文档编号】H03L7/08GK103795407SQ201410040233
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月27日 优先权日:2014年1月27日
【发明者】王勇, 谢逢洁, 葛思擘, 邹建华, 沈保龙, 方昌健 申请人:西安交通大学