一種利用諧振電流最大有效值尋優(yōu)實現(xiàn)鎖相環(huán)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種利用諧振電流最大有效值尋優(yōu)實現(xiàn)鎖相環(huán)的方法，包括以下步驟：測量電感量范圍，結(jié)合電容量計算諧振頻率范圍；利用4046鎖相環(huán)芯片鎖相得到參考頻率；利用AD736芯片測的電流有效值，結(jié)合諧振頻率黃金尋優(yōu)算法得到最優(yōu)測試頻率；對比參考頻率、最優(yōu)測試頻率和估算的頻率范圍,綜合評估。本發(fā)明用于解決串聯(lián)諧振型感應(yīng)加熱系統(tǒng)中的諧振頻率漂移的問題，該方法不僅降低了開關(guān)頻率、實現(xiàn)軟開關(guān)，并且可以確保系統(tǒng)的最大功率輸出，最終使得感應(yīng)加熱系統(tǒng)的穩(wěn)定工作和達到高效電熱轉(zhuǎn)換的狀態(tài)。
【專利說明】—種利用諧振電流最大有效值尋優(yōu)實現(xiàn)鎖相環(huán)的方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及感應(yīng)加熱系統(tǒng)中鎖相環(huán)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用諧振電流最大有效值尋優(yōu)實現(xiàn)鎖相環(huán)的方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]在感應(yīng)加熱系統(tǒng)中加熱感應(yīng)線圈和加熱體的電感量一般較小(μ H級)，難以準確測的，感應(yīng)線圈的電感量不僅與通過線圈的電流頻率相關(guān)，還與溫度、加熱體等諸多因素相關(guān)。因而對于不同的感應(yīng)線圈，很難準確的獲知它在不同條件下的準確電感量。
[0003]雖然在設(shè)計系統(tǒng)時無法準確知道電感量，但是可以通過電橋測得電感量的粗略估計值。而實際感應(yīng)線圈工作時的電感量是在所測值附近波動。這樣就可以依據(jù)諧振頻率設(shè)計出諧振電路。在匹配負載的過程中需要用電容(稱為諧振無感電容)來減小無功功率，由于制造工藝和測量手段的限制，電容值也不十分精確，在設(shè)計時會引入額外的誤差。因此影響工作點的因素有以下幾點:
[0004]1、電感值測量誤差大，隨頻率波動大；
[0005]2、電容值標稱有土 5%的偏差，長時間使用會漂移；
[0006]3、工作環(huán)境的影響，溫度等。
[0007]綜合前面提到的各 種不準確的因素，只能夠得到諧振電路的諧振點范圍。加熱電源實際工作時的頻率在設(shè)計工作點附近波動。鎖相環(huán)技術(shù)的引入則可以很有效的解決諧振點實時跟蹤的問題。
[0008]傳統(tǒng)的一般使用CD4046鎖相環(huán)芯片實現(xiàn)鎖相，但是本身固有許多缺點:跟蹤范圍窄，頻段不同，對應(yīng)的濾波器參數(shù)不同，在串聯(lián)諧振電路中另加輔助電路實現(xiàn)死區(qū)時間，電路元件較多，參數(shù)易受影響，同時電源啟動成功率不高，并且故障率多，工作中易失鎖，實際應(yīng)用可靠性較低。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0009]本發(fā)明的目的就是為了解決上述傳統(tǒng)使用CD4046鎖相環(huán)芯片的缺點，提出了一種利用諧振電流最大有效值尋優(yōu)實現(xiàn)鎖相環(huán)的方法，該方法從負載特性的角度上出發(fā)，通過結(jié)合使用傳統(tǒng)鎖相環(huán)芯技術(shù)作參考，雙管齊下，可以實現(xiàn)的對諧振頻率的漂移實現(xiàn)了有效跟蹤、鎖定。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]一種利用諧振電流最大有效值尋優(yōu)實現(xiàn)鎖相環(huán)的方法，包括以下步驟:
[0012]I)利用電橋測量出在不同頻率下的串聯(lián)諧振型感應(yīng)加熱系統(tǒng)的加熱線圈對應(yīng)的電感值，并結(jié)合串聯(lián)諧振型感應(yīng)加熱系統(tǒng)的電容值計算出諧振頻率的數(shù)值范圍Φ;
[0013]2)采集串聯(lián)諧振型感應(yīng)加熱系統(tǒng)的感應(yīng)加熱電源負載回路中的電流信號，并對該電流信號進行過零比較后，再將過零比較后的電流信號的正弦波轉(zhuǎn)換為同相位的矩形波，并反饋給CD4046芯片后，與感應(yīng)加熱電源負載電壓的驅(qū)動信號相比，當兩者同相位時，⑶4046芯片將驅(qū)動信號的頻率鎖定，記錄該頻率為參考頻率fVKEF ；
[0014]3)利用負載電壓驅(qū)動信號的頻率和負載回路中的電流為單峰值曲線的關(guān)系，使用黃金尋優(yōu)法對步驟I)中得出的諧振頻率的數(shù)值范圍Φ進行頻點采樣，將采樣的頻點的電流信號經(jīng)過電流互感器采集，再經(jīng)過精密電阻，變換為電壓信號，并輸入到AD736芯片轉(zhuǎn)換為對應(yīng)電流信號有效值的電平信號，對比電平信號的高低，然后迭代出電流信號在最大有效值下對應(yīng)的最優(yōu)測試頻率foptimal ;
[0015]4)當參考頻率fVKEF和最優(yōu)測試頻率均在諧振頻率的數(shù)值范圍Φ內(nèi)時，t匕
較參考頻率f—和最優(yōu)測試頻率foptimal的大小，當
【權(quán)利要求】
1.一種利用諧振電流最大有效值尋優(yōu)實現(xiàn)鎖相環(huán)的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)利用電橋測量出在不同頻率下的串聯(lián)諧振型感應(yīng)加熱系統(tǒng)的加熱線圈對應(yīng)的電感值，并結(jié)合串聯(lián)諧振型感應(yīng)加熱系統(tǒng)的電容值計算出諧振頻率的數(shù)值范圍Φ; 2)采集串聯(lián)諧振型感應(yīng)加熱系統(tǒng)的感應(yīng)加熱電源負載回路中的電流信號，并對該電流信號進行過零比較后，再將過零比較后的電流信號的正弦波轉(zhuǎn)換為同相位的矩形波，并反饋給CD4046芯片后，與感應(yīng)加熱電源負載電壓的驅(qū)動信號相比，當兩者同相位時，CD4046芯片將驅(qū)動信號的頻率鎖定，記錄該頻率為參考頻率fVKEF ; 3)利用負載電壓驅(qū)動信號的頻率和負載回路中的電流為單峰值曲線的關(guān)系，使用黃金尋優(yōu)法對步驟I)中得出的諧振頻率的數(shù)值范圍Φ進行頻點采樣，將采樣的頻點的電流信號經(jīng)過電流互感器采集，再經(jīng)過精密電阻，變換為電壓信號，并輸入到AD736芯片轉(zhuǎn)換為對應(yīng)電流信號有效值的電平信號，對比電平信號的高低，然后迭代出電流信號在最大有效值下對應(yīng)的最優(yōu)測試頻率f_imal ; 4)當參考頻率fVKEF和最優(yōu)測試頻率f；ptimal均在諧振頻率的數(shù)值范圍Φ內(nèi)時，比較參考頻率fvKEF和最優(yōu)測試頻率W的大小，當
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用諧振電流最大有效值尋優(yōu)實現(xiàn)鎖相環(huán)的方法，其特征在于，步驟I)中，諧振頻率f的計算公式如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用諧振電流最大有效值尋優(yōu)實現(xiàn)鎖相環(huán)的方法，其特征在于，步驟2)中，通過電流互感器采集串聯(lián)諧振型感應(yīng)加熱系統(tǒng)的感應(yīng)加熱電源負載回路中的電流信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用諧振電流最大有效值尋優(yōu)實現(xiàn)鎖相環(huán)的方法，其特征在于，步驟3)中，使用黃金尋優(yōu)法對步驟I)中得出的諧振頻率的數(shù)值范圍Φ進行頻點采樣，包括以下步驟: a)定義諧振頻率的數(shù)值范圍0 = [fmin，fmax]，以及諧振頻率的數(shù)值范圍Φ內(nèi)的兩個黃金分割點對應(yīng)的頻率和f2，將兩個黃金分割點對應(yīng)的頻率和f2作為負載電壓驅(qū)動頻率，測試出在頻率和f2對應(yīng)下的電流有效值I1和I2 ;當I1M2時，更新諧振頻率的數(shù)值范圍Φ為E1=Lfmin, f2]，當Ii〈I2時，更新諧振頻率的數(shù)值范圍Φ為 O1=Ef1, fmJ，其中，fmi?為下線頻率，f-為上限頻率，Of2 ； b)重復(fù)步驟a)得到下一次更新諧振頻率的數(shù)值范圍φ2，再經(jīng)過重復(fù)η-1次步驟a)之后確定出最終的諧振頻率的數(shù)值范圍Φη，選擇0?的上限頻率作為最優(yōu)測試頻率f；ptimal，其中，n=l, 2,…。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用諧振電流最大有效值尋優(yōu)實現(xiàn)鎖相環(huán)的方法，其特征在于，重復(fù)進行步驟a)的次數(shù)η的計算公式如下:
【文檔編號】H03L7/08GK103795407SQ201410040233
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】王勇, 謝逢潔, 葛思擘, 鄒建華, 沈保龍, 方昌健 申請人:西安交通大學(xué)