感应加热电源的输出控制系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种感应加热电源的输出控制方法，利用控制环和限制环共同控制感应加热电源的输出值，控制环用于在非限制状态下，控制感应加热电源的输出值随着控制环的输入给定值的增大而增大；限制环用于在限制状态下，控制感应加热电源的输出值稳定在限制环输出的限制值。本发明通过针对一个限制条件设置一个限制环，限制状态下通过该限制条件相应的限制环控制电源输出为限制值，解决了目前直接控制控制环输出值的方式下存在的输出抖动的问题，使得感应加热电源能够在全负载范围内平滑调节输出。
【专利说明】感应加热电源的输出控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电源【技术领域】，特别涉及一种感应加热电源的输出控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]感应加热电源是开关电源的一个重要分支，由于其加热效率高、速度快、且低耗环保，因此感应加热电源被广泛应用于各行各业。感应加热电源在使用过程中，需要根据其连接的负载需求而动态控制其输出。感应加热电源的输出由控制环控制。根据负载需求对感应加热电源的输出进行控制时，目前使用的控制方法是通过直接对控制环的输入给定或输出值进行控制以达到控制电源系统输出的目的。这种控制方式先通过检测电源系统的输出值大小来判断是否进入限制状态，当系统未进入限制状态(即电源系统输出值小于限制值)时，电源系统输出一直跟随控制环的输入给定值增大而增大；当电源系统进入限制状态时(此时电源系统输出值大于限制值)，电源系统的输出则跟随控制环的输入随给定值的减小或者控制环的输出值的减小而下降；当电源系统的输出值减小后又退出了限制状态，此时电源系统的输出又会跟随控制环的输入给定值增大而上升。因此，目前的控制方式会使的电源系统输出在限制值附近一直抖动，如图1所示。目前的控制方式对于限制条件少且输出要求不高的应用环境而言能够满足要求，但是针对限制条件多或者输出要求较高的应用环境，如管道表面加热、材料表面处理等，就无法满足要求，受到更多的限制条件影响，电源系统在限制状态下的输出抖动更为频繁。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术中通过直接限制控制环的输入给定或输出值来控制电源系统输出存在的输出抖动的不足，提供一种感应加热电源的输出控制系统，同时提供一种输出控制方法，通过该方法对感应加热电源的输出进行控制，避免输出抖动。
[0004]为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案:
感应加热电源的输出控制系统，包括一个控制环和至少一个限制环，所述控制环用于在非限制状态下，控制感应加热电源的输出值随着控制环的输入给定值的增大而增大；所述限制环用于在限制状态下，控制感应加热电源的输出值稳定在限制环输出的限制值。
[0005]较优的，上述感应加热电源的输出控制系统中，包括多个限制环，一个限制条件对应设置一个限制环；在相应的限制条件下，对应的限制环输出相应的限制值。
[0006]上述感应加热电源的输出控制系统中，在感应加热电源运行过程中，控制环的输出值与当前限制条件对应的限制环输出的限制值进行比较，如果控制环的输出值小于限制环输出的限制值，则感应加热电源的输出值随着控制环的输入给定值增大而平滑增大；如果控制环的输出值等于或大于限制环输出的限制值，则感应加热电源的输出值稳定在限制环输出的限制值。
[0007]本发明还提供了一种感应加热电源的输出控制方法，包括以下步骤: S1:根据限制条件设置多个限制环，一个限制条件对应设置一个限制环，每个限制环的输出值为相应限制条件下的限制值；
52:根据感应加热电源的当前限制条件，选取该限制条件对应的限制环；
53:比较控制环的输出值与选取的限制环输出的限制值的大小，如果控制环的输出值小于限制环输出的限制值，那么感应加热电源的输出值为控制环的输出值，感应加热电源的输出值随着控制环的输入给定值的增大而平滑增大。如果控制环的输出值等于或大于限制环输出的限制值，那么感应加热电源的输出值为限制环输出的限制值，感应加热电源的输出值稳定在限制值。
[0008]与现有技术相比，本发明的有益效果:本发明通过针对一个限制条件设置一个限制环，当感应加热电源进入限制状态时，通过该限制条件相应的限制环进行输出控制，解决了目前控制方式下存在的输出抖动的问题，感应加热电源能够在全负载范围内平滑调节输出，提高了电源的品质及系统工作的稳定性，且保证了电源在正常状态和限制状态之间切换无脉冲跳变现象，保证了系统的快速响应及运行可靠性。通过本发明方法控制的感应加热电源输出，由于不存在对控制环输出的直接限制，达到了电源系统在任意状态下平滑切换和调节的目的。
[0009]【专利附图】
【附图说明】:
图1为目前的控制方式下感应加热电源的输出曲线图。
[0010]图2为本发明中感应加热电源的输出控制系统组成框图。
[0011]图3为本发明控制方式下感应加热电源的输出曲线图。
[0012]图4为本发明的主回路拓扑结构图。
[0013]图5为本发明的控制回路产生的触发波形。
[0014]
【具体实施方式】
[0015]下面结合试验例及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本发明的范围。
[0016]参考图2，本发明感应加热电源的输出控制系统，包括一个控制环和多个限制环，限制环的个数由限制条件确定，一个限制条件只对应一个限制环，各个限制环和控制环都是独立运行的，最后各环的输出结果通过DSP的内部程序逻辑判断，选取满足所有限制条件的结果进行输出控制。感应加热电源根据不同的运行环境有不同的运行条件，当所有控制和限制环的输出进过逻辑判断后，以满足所有条件的结果作为最终输出，其余环的输出则无效。在控制环和该运行环境下的限制环的共同控制过程中，控制环的输出值与限制环输出的限制值进行比较，并根据比较结果控制感应加热电源的输出。具体的，如果控制环的输出值小于限制环输出的限制值，那么感应加热电源未进入限制限制状态，各个限制环的输出无效，控制环的输出有效，即控制环对感应加热电源的输出进行控制，感应加热电源的输出值随着控制环的输入给定值增大而平滑增大。当感应加热电源的输出值达到该运行环境下限制环输出的限制值时，感应加热电源进入限制状态，此时该运行环境下的限制环的输出有效，其余的限制环和控制环的输出无效，由于各个限制环和控制环都有自身的PID控制器，且内部程序能自动判断，将满足所有限制条件的限制PID作为输出，因此，在进入限制状态下即使控制环的给定值继续增大，感应加热电源的输出值也将维持在限制环输出的限制值不变，因此感应加热电源的输出值不会在该限制值附近上下波动，避免了感应加热电源的输出抖动。如果降低控制环的输入给定值，那么感应加热电源的输出值则从限制值平滑下降，退出限制状态，此时控制环的输出有效，感应加热电源的输出值随着控制环的给定值上升而平滑上升。
[0017]应用上述控制系统对感应加热电源的输出进行控制的方法，用于对感应加热电源的输出控制，包括以下步骤:
S1:根据限制条件设置多个限制环，一个限制条件对应设置一个限制环，每个限制环的输出值为相应限制条件下的限制值。不同运行环境有不同的限制条件，例如当需要限制电流和温度都不超过对应的限制值时，则将控制环、温度限制环和电流限制环对应的PID输出进行比较，取满足所有限制条件的一个PID输出作为最终输出。
[0018]S2:根据感应加热电源的当前运行环境，选取该运行环境下限制条件对应的限制环。限制环的选取由控制程序根据运行环境自动选取。
[0019]S3:比较控制环的输出值与选取的限制环输出的限制值的大小，如果控制环的输出值小于限制环输出的限制值，那么感应加热电源的输出值为控制环的输出值，感应加热电源的输出值随着控制环的输入给定值的增大而平滑增大。如果控制环的输出值等于或大于限制环输出的限制值，那么感应加热电源的输出值为限制环输出的限制值，感应加热电源的输出值稳定在限制值。
[0020]如图1和图3所示，在tl时刻之前感应加热电源正常输出，在控制环的控制下感应加热电源的输出值随着控制环的输入给定值增大而平滑增大。在tl时刻感应加热电源进入了限制状态，感应加热电源的输出受到限制。传统的限制方式，即在tl时刻后，系统会检测到输出值超过了限制值，然后将控制环的输出值向下调节，然而此时的控制环给定值还没达到预期的给定值，因此当控制环的输出被降低后，系统又会检测到没有进入限制状态而又往上调节，使得系统又超过限制值而进入限制状态，如此周而复始，使得系统的输出一直处于在限制值附近的抖动状态。而通过本发明方法，感应加热电源在为进入限制状态下，系统的输出会跟随控制环的平滑调节；进入了限制状态后，系统的输出会稳定在某一限制环的输出值，且该限制环满足该系统的其他所有限制条件，使得系统的输出稳定无抖动。当控制环的输入给定值降低时，感应加热电源能够平滑的退出限制状态，系统的输出也能够平滑的从限制值切换到控制环输出值，电源输出就不会产生跳变。通过图1、图3对比可知，采用本发明方法控制感应加热电源的输出，感应加热电源的输出更为稳定，切换过程更为平滑，且切换过程中输出脉冲没有跳变点，不影响电源稳定正常工作。
[0021]本发明采用移相调功控制方式，其控制电路拓扑桥臂如图4所示，Dl和D2组成第一桥臂，D3和D4组成第二桥臂。各桥臂的上下两管驱动信号互补，移相调功通过调节第一桥臂与第二桥臂的相位差角度，达到调节输出占空比的目的，来改变输出的功率，如图5所示，Uo为系统的输出电压。本发明采用各限制环和控制环之间的最终输出来调节输出占空t匕，实现调功。本发明系统控制方式为移相调功方式，所述移相角度调节的方式为控制第二组桥臂的移相角度从零开始逐渐增大，最大到180度。移相控制方式通过改变输出占空比来改变系统的输出功率，当输出占空比超过一定值(未达到目标值)时，系统需要对输出进行限制。
[0022]本发明适用于感应加热电源及其他开关电源，其不仅适用于全桥式、半桥式、串联谐振和并联谐振等感应加热电源，还是用于一些常规的开关电源系统。
[0023]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
【权利要求】
1.感应加热电源的输出控制系统，其特征在于，包括一个控制环和至少一个限制环，所述控制环用于在非限制状态下，控制感应加热电源的输出值随着控制环的输入给定值的增大而增大；所述限制环用于在限制状态下，控制感应加热电源的输出值稳定在限制环输出的限制值。
2.根据权利要求1所述的感应加热电源的输出控制系统，其特征在于，所述输出控制系统包括多个限制环，一个限制条件对应设置一个限制环；在相应的限制条件下，对应的限制环输出相应的限制值。
3.根据权利要求1所述的感应加热电源的输出控制系统，其特征在于，在感应加热电源运行过程中，控制环的输出值与当前限制条件对应的限制环输出的限制值进行比较，如果控制环的输出值小于限制环输出的限制值，则感应加热电源的输出值随着控制环的输入给定值增大而平滑增大；如果控制环的输出值等于或大于限制环输出的限制值，则感应加热电源的输出值稳定在限制环输出的限制值。
4.感应加热电源的输出控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:根据限制条件设置多个限制环，一个限制条件对应设置一个限制环，每个限制环的输出值为相应限制条件下的限制值； 步骤2:根据感应加热电源的当前限制条件，选取该限制条件对应的限制环； 步骤3:比较控制环的输出值与选取的限制环输出的限制值的大小，如果控制环的输出值小于限制环输出的限制值，那么感应加热电源的输出值为控制环的输出值，感应加热电源的输出值随着控制环的输入给定值的增大而平滑增大，如果控制环的输出值等于或大于限制环输出的限制值，那么感应加热电源的输出值为限制环输出的限制值，感应加热电源的输出值稳定在限制值。
【文档编号】H05B6/06GK103826341SQ201410093179
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】康智斌, 刘勇, 孙廷宇, 王汇灵 申请人:四川英杰电气股份有限公司