试制感应加热-NE555的ZCS软开关应用

文号t36069

14130

rb-sama2011/09/01电子技术 IP:广东

感应加热需要很大幅度变化的交变磁场
如果仅仅是将方波电压加在电感上
锯齿波电流的变化是有限的
一味的减小电感量会造成磁场强度的降低
所以必须通过加大电压来达到更大的输入电流
这样就给电源转换带来更大的负担

同时电压和电流波形之间存在一个90°的相位差
将会使有效功率非常的低也就是俗称的功率因数cosψ
ψ的大小就是电压电流波形之间的相位差
一个系统的交流功率因数就是这样衡量的

为此加上一个电容可以使得与电感的交流电路中的作用相抵消
电容器在交流电路中和电感的作用恰恰相反
在数学意义上也分别代表积分和微分
是一对互补的原件

所以可以选择通过并联适当容量的电容器
使得回路发生谐振从而给电流波形创造过零切断/导通的机会
由于我使用的是半桥拓扑属于恒压源驱动方式
故此选择电感和电容串联来作为谐振拓扑
电路图如下：

在MOSFET两端加上快恢复二极管来实现工作在微感性状态下谐振电路的续流
在MOSFET的GS两端加上稳压二极管对能有效箝位栅极驱动变压器的漏感给输出驱动信号带来的尖峰在MOSFET的驱动中我们最好把它控制在+-20V范围内
在阻尼电阻两端反向并联一个快恢复二极管可以减少MOSFET的电流拖尾加快开关速度
在桥输入两端并联上优质的5μF BM无感电容可以有效吸收电源两端母线电感带来的尖峰

串联谐振电路由电流互感器和加热线圈与TANK电容组成

在这里我实验用的参数是：
L=20μH L2=33μH
L空心线圈电感量 L2加入加热物件电感量（实际会随着物体温度变化而变化）
使用铝芯线绕制（条件限制实际使用发热非常大）
C=200.0nF
C使用正品BM1200V 0.3μF电磁炉电容三串二并组成耐压3600V 容量200nF的电容组
作为槽路谐振电容由于要承受巨大的槽路电流必须要求品质非常好
电流互感器TR1 把槽路电流的变化转换为电压信号反馈回控制电路供频率追踪电路鉴相
频率追踪电路将输出信号与电流互感器信号做对比
改变输出频率以使得电压电流相位不断减小最后使得电路发生谐振
达成零点流开关（ZCS）工作模式

+50 科创币

ビリビリ女 2011/09/01 最好有初次双踪波形~

+50 科创币

joyeep 2011/09/02 技术好帖

+20 科创币

布布卡 2012/01/25 高质量发帖

+1 学术分

虎哥 2011/09/01 很不错，理论和实践相结合。

来自：电子信息 / 电子技术

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~~空空如也

rb-sama

作者

12年9个月前 IP:未同步

319557

1楼

控制电路：

控制电路一般需要有提供驱动功率电路的能力
同时能够在电路参数发生改变的时候追踪电路的频率变化
在这里我尝试了一种全新的工作电路
完全是全新的自创的电路在这里把NE555接成振荡器
占空比输出调到0.5 以驱动半桥拓扑
NE555本来就可以接成斯密特触发器使用
可以看以下链接来熟悉NE555：
XXXXXXXXXXXXXXXXXXX/info/digital/XXXXXXXXXml
但是如果仅仅是作为斯密特触发器工作难免不稳定
所以我想到是否能用NE555组成RC震荡器从电路的Pin2 Pin6输入反馈信号
来实现输入和输出信号的同频
实际上这个想法在proteus ISIS里得到了验证
请大家看如下仿真结果：
用NE555接成振荡器 Pin2 Pin6输入同步信号

输入信号用74HC14斯密特反相做反相
接上示波器然后开仿真输入信号竟然能不受到RC频率的干扰
直接从Pin3输出与进入信号同频同相的方波信号

同时在实验过程中发现输入信号的高电平必须超过3.4V
否则电路将会停止工作 Pin3持续输出低电平0V

为了验证理论的正确
我做了两组对照试验
同样两组电路一个有信号输入一个没有其他电路参数全部相同

在两个示波器波形中可以很明显的看到Pin3输出信号
和信号源提供的信号严格同步不受到RC的干扰
这样一来
就能够使得反馈信号断掉之后
电路还能硬性启动而不会停止工作
这对如SSTC等天线反馈的东西来说非常受用

既然有了理论支持
那么我就依次设计了一个驱动电路
基本方式是利用两个NPN PNP三极管 TIP41/2
和一个.68μF电容结成不对称半桥（也可叫BJT接法）
来推动栅极驱动变压器Gate driver transformer
原理图如下（实际电路有改动）：

对应输出端子A1/2 B1/2分别用双绞线连接到半桥上A1/2 B1/2端子
使用双绞线的原因是为了减小栅极干扰避免MOSFET意外开关
同时驱动线越短越好这是为了减小寄生电感
实际电流互感器我在这里用了磁环套在槽路上来实现
同时要经过阻抗变换电路
实际制作过程中发现反馈信号输入到Pin2 Pin6 内阻抗非常重要
就算是Kohm级别都会影响到电路的正常工作
在这里大家就要想办法做一个阻抗匹配啦
我在使用了一个1M的电阻来减小对电位的下拉但这并不是最好的

至此电路部分完毕

+50

科创币

ry7740kptv

2011-09-01

原理创新

+10

科创币

jxs

2012-06-09

额，用个适合容量的电容代替1M电阻如何？没反馈时完全不会下拉啦~~ PS:挖坟勿喷。。。

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rb-sama

作者

12年9个月前 IP:未同步

319560

2楼

加热物品是一个铁咖啡罐
初始温度32.7°C

加热短短十几秒
铁罐温度飙升到272.8°C

铁罐冒出油漆被烧焦后的青烟
焊锡接触罐体表面能够被融化

由于加热线圈我选择了铝线绕制
电阻非常大发热也很严重
在罐体被加热之后线圈温度也到了76.2°C

此时线圈已经开始松动
塑料包皮已经软化掉了
如果继续通电线圈将会被烧毁所以也就没再试验下去

在加热时我拍摄了一段视频供大家参考：XXXXXXXXXXXXXXXXXX/v_show/id_XXXXXXXXXXXXXXXXml

+50

科创币

dr-sama

2011-09-01

很棒..."塑料包皮已经软化"--没错,软化了软化了

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rb-sama

作者

12年9个月前 IP:未同步

319562

3楼

这是槽路电流的波形
互感器规格为1:20
次级电流为0.7A
测得Ipeak=14A

最后我把这个帖子做成了word格式的文档

基于NE555的软开关感应加热 By-Black.doc 1.97MB DOC 227次下载
供大家参考使用^-^ By：Black&Rb-sama

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gzh007007007 十步芳草

12年9个月前 IP:未同步

319565

4楼

[s:220]从哪搞的铝线

科创币

rb-sama

2011-09-01

捧场yoooo~

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改装pcp

12年9个月前 IP:未同步

319569

5楼

做一个阻抗匹配变压器![s:274]

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rb-sama

作者

12年9个月前 IP:未同步

319573

6楼

吐槽这句话的pia飞~
咳咳这可是神圣的“技术”帖啊[s:274]

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ry7740kptv 千古风流

12年9个月前 IP:未同步

319592

7楼

回 1楼(rb-sama) 的帖子

原来这个方法真可以。。。记得布布卡之前做过一个天线反馈高压包，和这个一个原理。。。

表示这个方法的前提是反馈信号强度足以盖过RC振荡信号，一定要够强~（但是怎么保证够强呢。。。）

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yz710804695 百炼成钢

12年9个月前 IP:未同步

319596

8楼

回 7楼(ry7740kptv) 的帖子

磁环的初次匝数比啊，后期也可以用运放什么的让他够强= =

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rb-sama

作者

12年9个月前 IP:未同步

319597

9楼

回 7楼(ry7740kptv) 的帖子

帖子中说明了嘛
“同时在实验过程中发现输入信号的高电平必须超过3.4V ”
只要使输入信号高电平电压超过3.4V
就能实现输入和输出信号的同步
否则Pin3将输出低电平

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warmonkey

12年9个月前 IP:未同步

319647

10楼

其实是看驱动电流，hc14输出阻抗很小，实际上是在“强迫”电容充放电

另外，建议楼主测定一下，这个电路在不同频率下，捕捉过零点的精确度

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rb-sama

作者

12年9个月前 IP:未同步

319794

11楼

回 10楼(warmonkey) 的帖子

至于说是强迫电容充放电
电流可以放到很小电位必须保持
仿真结果信号源输出阻抗非常大电流对触发器影响不好断定

根据仿真结果只要电位保持
能持续跟踪到1M
但是输出波形上升沿和下降沿会很麻烦届时必须使用高速施密特触发器做波形修正

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jxs

12年0个月前 IP:未同步

405445

12楼

额，用个适合容量的电容代替1M电阻如何？没反馈时完全不会下拉啦~~
貌似不能非常完美地实现软开关啊

蓝色是555的2 6脚输入，黄色的是3脚输出
PS:挖坟勿喷。。。

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rb-sama

作者

12年0个月前 IP:未同步

407400

13楼

回 12楼(jxs) 的帖子

电容会引起移相
另外您确定您那是50%的方波？

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jxs

12年0个月前 IP:未同步

407485

14楼

回 13楼(rb-sama) 的帖子

貌似磁环反馈回来的是正弦波啊（蓝线），输出的不能在正弦波到零时切换，而且输入电压对输出占空比有影响

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jxs

12年0个月前 IP:未同步

407486

15楼

嗯，有关断损耗，但木有开通损耗，而且你仿真用的是方波输入，我是正弦波输入（谐振电流是正弦波啊）

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坚持and突破

12年0个月前 IP:未同步

407504

16楼

你这个555的追频让我很受启发。你这是高的频率555的追上，不知道如果比555的频率低了它能不能追上？

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rb-sama

作者

12年0个月前 IP:未同步

407505

17楼

这个只是示意电路前级是类似DR的反馈
有非门整形和稳压管斩波互感器输出正弦峰值很高
经过信号处理最后出来的波形是和电流反馈正弦波频率相同的50%方波所以仿真就简
建议你加强电路信号处理方面知识的学习

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rb-sama

作者

12年0个月前 IP:未同步

407508

18楼

回 16楼(坚持and突破) 的帖子

电路结构是对高幅正弦反馈信号削波形成50%同频信号输入RC
达到追频的目的高低频都能追频实际使用和锁相环差不多
得把RC频率调到自然谐振频率附近

帖子中给的电路是我初期实验时候的原始资料存在一些缺陷
1：OTL模式驱动的GDT时序上死区切换有问题
2：如果RC频偏太大会有拍频影响稳定性

改进方案无非是更好的信号反馈加入死区时间发生电路等
但是这样做就不能保证最简了如果让我做大型感应加热我一样会用CD4046来完成

另外看见LS有同志还搞不清楚电路结构的建议把那个word文档下载了好好看一下再提出问题
不然帖子中有答案的问题还在回复中反复提出这会让帖子变得很奇怪

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坚持and突破

12年0个月前 IP:未同步

407514

19楼

回 18楼(rb-sama) 的帖子

因为最近一直在搞调压双管或多管自激ZVS。但自激模式下，如果带过重的负载会造成停振。早就看过你这贴子但当时没注意。现在感觉把这个555的追频用上。让它工作在它激模式下。就可以避免停振。所以说很受启发。三棵油![s:223]

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坚持and突破

12年0个月前 IP:未同步

407522

20楼

回 18楼(rb-sama) 的帖子

刚仿真了一下楼主的这个电路，太帅了，只要输入的信号电压大于2\\3VCC。555都可以在“大范围”内追频。不管是升频还是降频！[s:317] [s:317]

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samsun185

11年5个月前 IP:未同步

486364

21楼

学习一下，第一个用555做软开的帖子

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ewhz

11年4个月前 IP:未同步

495208

22楼

多谢谢了 ,改天弄个试下

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aa172172

11年3个月前 IP:未同步

503453

23楼

高质量的帖子，谢谢！就是有些地方没讲很清楚，菜鸟看起来有点吃力。

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mayan

11年1个月前 IP:未同步

526071

24楼

作为业余制作，给高频电路供电的电源也很重要，多大的电压更实用，电路的综合成本更低呢，比如用固态调压模块调压整流，代替自偶变压器提供80V直流电源是否可行呢

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Rcall95

10年11个月前 IP:未同步

546697

25楼

见识了[s:228]

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gt41

10年1个月前 IP:未同步

688143

26楼

请问死区时间怎么来的？最近在学半桥，手上只有ne555了

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王秋冬

8年9个月前 IP:河南

787503

27楼

理论上是可行的，实际应用不知道可以不可以，还要经过验证。先留个记号，改天再试验下。

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Robot_V1

8年8个月前 IP:山东

790149

28楼

给出全部电路图行吗
我前后试了十几种方法，都不行[s::dizzy:]

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PY_INDUSTRY 实习会员

8年7个月前 IP:广东

793945

29楼

了解中、、、、

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