本發明涉及振蕩電路技術領域，尤其是涉及基于延遲時間以實現電路ZVS的方法及系統。

背景技術：

單管感應加熱是電磁爐中最常見的拓撲之一。通常，單管感應加熱電路拓撲常采用由2個集電極開路輸出的比較器和若干電容電阻組成的自激振蕩電路進行峰值電流控制，如圖1所示。控制器只需給出一定占空比的脈沖，就能使得電路振蕩工作起來。因此，從控制上來看，其控制方式也相對簡單。但是，其無法保證電路能工作在零電壓開通(Zero Voltage Switch，ZVS)，從而導致電容脈沖爬升速率(du/dt)大，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)損耗增大陷。在有些應用中，采用軟件同步來替代該振蕩電路，但是該方法會占用更多的處理器資源，存在處理器跑飛時，可能導致IGBT燒毀等問題。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供基于延遲時間以實現電路ZVS的方法及系統，以增加單管感應加熱自激振蕩電路的ZVS實現范圍，同時降低了成本。

第一方面，本發明實施例提供了一種基于延遲時間以實現電路ZVS的方法，包括：

對單管感應加熱主電路和單管感應加熱自激振蕩電路進行分析，使所述單管感應加熱自激振蕩電路在開通點增加固定延遲時間；

當所述延遲時間滿足第一預設條件時，根據所述第一預設條件和絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開通條件，使所述延遲時間滿足第二預設條件，其中，所述第一預設條件包括第一閾值時間Δt和第二閾值時間t_m；

根據所述第一閾值時間Δt和所述第二閾值時間t_m獲得最小極值Δt₀和最大極值t_m0；

根據所述最小極值Δt₀和所述最大極值t_m0，使所述延遲時間在全范圍滿足第三預設條件，從而使所述單管感應加熱自激振蕩電路在零點電壓開通。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，所述第一預設條件為所述延遲時間大于所述第一閾值時間Δt，所述第二預設條件為所述延遲時間小于所述第二閾值時間t_m，所述當所述延遲時間滿足第一預設條件時，根據所述第一預設條件和絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開通條件，使所述延遲時間滿足第二預設條件包括：

當所述延遲時間大于所述第一閾值時間Δt時，根據所述延遲時間大于所述第一閾值時間Δt和所述IGBT的開通條件，使所述延遲時間小于所述第二閾值時間t_m；

其中，所述第一閾值時間Δt在第一時間段根據特定相位和角頻率ω獲取，所述第二閾值時間t_m在所述第一時間段根據第二時刻感應電流i_L(t₂)獲取。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，所述第三預設條件為所述延遲時間不小于所述最小極值Δt₀且不大于所述最大極值t_m0，所述根據所述最小極值Δt₀和所述最大極值t_m0，使所述延遲時間在全范圍滿足第三預設條件，從而實現電路在零點電壓開通包括：

根據所述最小極值Δt₀和所述最大極值t_m0，使所述延遲時間不小于所述最小極值Δt₀且不大于所述最大極值t_m0，從而使所述電路在所述零點電壓開通。

結合第一方面的第二種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，所述第一閾值時間Δt在第一時間段根據特定相位和角頻率ω獲取包括：

對第一時刻電感電流i_L(t₅)進行分析，得到所述第一時刻電感電流i_L(t₅)與峰值電流I_pk成第一正比例關系；

通過對所述單管感應加熱主電路進行分析，獲得所述第一時間段內的特定相位

根據所述第一正比例關系和所述特定相位得到所述第一閾值時間Δt，其中，所述第一閾值時間Δt與所述峰值電流I_pk成反比例關系。

結合第一方面的第三種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，所述通過對所述單管感應加熱主電路進行分析，獲得所述第一時間段內的特定相位包括：

根據下式計算所述特定相位：

其中，為所述特定相位，C₁為諧振電容，U為直流電壓，I為電感電流，ω為所述角頻率。

結合第一方面的第三種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，所述第一閾值時間Δt包括：

其中，Δt為所述第一閾值時間，為所述特定相位，ω為所述角頻率。

結合第一方面的第三種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，所述第二閾值時間t_m在所述第一時間段根據第二時刻感應電流I₁獲取包括：

獲取第二時刻電感電流I₁；

根據所述第二時刻電感電流I₁在實現電路ZVS的條件下，獲得所述第二閾值時間t_m；

對所述第二閾值時間t_m進行求導和縮放，獲得所述第二閾值時間t_m與所述峰值電流I_pk成第二正比例關系。

結合第一方面的第六種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，所述實現電路ZVS的條件包括：

I²＞C_IU²/L₁

其中，I為所述電感電流，C₁為諧振電容，U為直流電壓，L₁為電感。

結合第一方面的第七種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第八種可能的實施方式，其中，所述根據所述第二時刻電感電流I₁在實現電路ZVS的條件下，獲得所述第二閾值時間t_m包括：

其中，t_m為所述第二閾值時間，C₁為所述諧振電容，U為所述直流電壓，L₁為所述電感，ω為角頻率，I為所述電感電流。

第二方面，本發明實施例還提供一種基于延遲時間以實現電路ZVS的系統，包括：

延遲時間增加器，用于對單管感應加熱主電路和單管感應加熱自激振蕩電路進行分析，使所述單管感應加熱自激振蕩電路在開通點增加固定延遲時間；

閾值時間獲取器，用于當所述延遲時間滿足第一預設條件時，根據所述第一預設條件和絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開通條件，使所述延遲時間滿足第二預設條件，其中，所述第一預設條件包括第一閾值時間Δt和第二閾值時間t_m；

極值獲取器，用于根據所述第一閾值時間Δt和所述第二閾值時間t_m獲得最小極值Δt₀和最大極值t_m0；

ZVS實現器，用于根據所述最小極值Δt₀和所述最大極值t_m0，使所述延遲時間在全范圍滿足第三預設條件，從而使所述單管感應加熱自激振蕩電路在零點電壓開通。

本發明提供的基于延遲時間以實現電路ZVS的方法及系統，包括：對單管感應加熱主電路和單管感應加熱自激振蕩電路進行分析，使單管感應加熱自激振蕩電路在開通點增加延遲時間，當延遲時間滿足第一預設條件時，根據第一預設條件和絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開通條件，使延遲時間滿足第二預設條件，其中，第一預設條件包括第一閾值時間Δt和第二閾值時間t_m；根據第一閾值時間Δt和第二閾值時間t_m獲得最小極值Δt₀和最大極值t_m0；根據最小極值Δt₀和最大極值t_m0，使延遲時間在全范圍滿足第三預設條件，從而使單管感應加熱自激振蕩電路在零點電壓開通。本發明能夠增加單管感應加熱自激振蕩電路的ZVS實現范圍，降低成本。

本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現有技術所提供的單管感應加熱自激振蕩電路的電路圖；

圖2為現有技術所提供的單管感應加熱主電路的電路圖；

圖3為本發明實施例一提供的基于延遲時間以實現電路ZVS的方法流程圖；

圖4為本發明實施例一提供的獲取第一閾值時間的方法流程圖；

圖5為本發明實施例一提供的獲取第二閾值時間的方法流程圖；

圖6為本發明實施例二提供的基于延遲時間以實現電路ZVS的系統示意圖。

圖標：100-延遲時間增加器；200-閾值時間獲取器；300-極值獲取器；400-ZVS實現器。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

目前通過對單管感應加熱主電路和單管感應加熱自激振蕩電路進行分析，參照圖2，單管感應加熱主電路中絕緣柵雙極型晶體管Q1的柵極連接來自驅動的脈沖信號(PWM_FROM_DRIVER)，可以得到在一個工作周期內，單管感應加熱主電路的工作狀態可分為3個階段：第一階段為[0,t₁]電感充電階段、第二階段[t₁,t₂]諧振階段和第三階段[t₂,t₃]電感放電階段。其中在在第三階段時，單管感應加熱主電路可以實現零電壓開通，即在二極管開通期間，使得IGBT導通。對三個工作狀態下的單管感應加熱自激振蕩電路進行分析，在一個周期內有兩個時刻滿足電感電壓與直流電壓相等的情況，即u_CE(t)＝U，可以設這兩個時刻為t₄和t₅，且t₄＜t₅。

一般地有，當此時，比較器U1A輸出高電平，節點4的電壓為u₄＝4V，節點3的電壓為u₃＝3.3V。當時，比較器U1A輸出低電平，則u₃＝0V，u₄＝0.7V。由控制器產生的PWM信號在節點5形成了一個穩定的電平u₅，此時有u₅>u₄，則U1B輸出高電平，該信號輸入到驅動芯片，從而IGBT導通。+15V電壓通過R7給電容C2充電，u₄的電位上升，當u₅<u₄時，比較器U1B輸出低電平，IGBT關斷，電容電感進入自由諧振階段。當u_CE(t)＝U時，比較器U1A輸出高阻態，由于二極管D1的鉗位，u₄＝4V，電容C2放電，直至u₃＝3.3V，如此周而復始。

從以上分析發現，通過該單管感應加熱自激振蕩電路，使得IGBT的源極和漏極之間的電壓u_CE(t)＝U時就開通了，從而IGBT無法零電壓開通。接下來通過實施例一介紹，如果單管感應加熱自激振蕩電路在開通點增加一定的延遲，將會使得單管感應加熱主電路零電壓開通這一特性得以實現。

實施例一：

圖3為本發明實施例一提供的基于延遲時間以實現電路ZVS的方法流程圖。

參照圖3，基于延遲時間以實現電路ZVS的方法包括：

步驟S110，對單管感應加熱主電路和單管感應加熱自激振蕩電路進行分析，使單管感應加熱自激振蕩電路在開通點增加延遲時間；

具體的，通過以上分析可知，增加固定的延遲時間可以實現全范圍負載ZVS。

步驟S120，當延遲時間滿足第一預設條件時，根據第一預設條件和絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開通條件，使延遲時間滿足第二預設條件，其中，第一預設條件包括第一閾值時間Δt和第二閾值時間t_m；

具體的，第一預設條件為延遲時間大于第一閾值時間，如公式(1)所示：

t_d≥Δt＝t₂-t₅ (1)

其中，t_d為延遲時間，Δt為第一閾值時間，t₂為諧振階段與電感放電階段的交界時刻，t₅為滿足電感電壓與直流電壓相等的時刻。

第二預設條件為延遲時間小于第二閾值時間，如公式(2)所示：

t_d≤t_m＝Δt+t_don (2)

其中，t_m為第二閾值時間，t_don為二極管導通時間。

步驟S130，根據第一閾值時間Δt和第二閾值時間t_m獲得最小極值Δt₀和最大極值t_m0；

步驟S140，根據最小極值Δt₀和最大極值t_m0，使延遲時間在全范圍滿足第三預設條件，從而使單管感應加熱自激振蕩電路在零點電壓開通。

具體的，第三預設條件為延遲時間不小于最小極值Δt₀且不大于最大極值t_m0，如公式(3)所示：

Δt₀≤t_d≤t_m0 (3)

根據本發明實施例，參照圖4，獲取第一閾值時間Δt的方法包括：

步驟S210，對第一時刻電感電流i_L(t₅)進行分析，得到第一時刻電感電流i_L(t₅)與峰值電流I_pk成第一正比例關系；

步驟S220，通過對單管感應加熱主電路進行分析，獲得第一時間段內的特定相位

步驟S230，根據第一正比例關系和特定相位得到第一閾值時間Δt，其中，第一閾值時間Δt與峰值電流I_pk成反比例關系。

具體的，選取滿足電感電壓與直流電壓相等的時刻，即當t＝t₅時，有第一時刻電感電流，如公式(4)所示：：

其中，i_L(t₅)為第一時刻電感電流，ω₀為初角頻率，如公式(5)所示：

δ為衰減系數，如公式(6)所示：

ω為角頻率，如公式(7)所示：

β為初相位，如公式(8)所示：

為相位，如公式(9)所示：

A為系數，如公式(10)所示：

還可以根據以上內容得到峰值電流，如公式(11)所示：

I_pk為峰值電流，如公式(9)所示：

可以判別出I_pk越大I越大，第一時刻電感電流i_L(t₅)與峰值電流I_pk成第一正比例關系。一般的，等效電阻R1比較小，從而衰減系數δ也比較小，在考慮時可以忽略電阻R1的影響，在第一時間段[t₅,t₂]對應的特定相位如公式(12)所示：

其中，為特定相位，C₁為諧振電容，U為直流電壓，I為電感電流，ω為角頻率。

則有第一閾值時間Δt，如公式(13)所示：

其中，Δt為第一閾值時間，為特定相位，ω為角頻率。

可以看出，Δt是隨I_pk的增加而減小的。即I_pk越小，為了實現ZVS所需的最小延遲時間就越長。因此，若給定一個大于最小I_pk對應的所需延遲時間的延遲時間，就可以使得IGBT在其反并聯二極管導通之后才開始導通。但這并不意味著一定能實現零電壓開通，如果延遲時間太長，將有可能導致IGBT在其反并聯二極管已經截止了才開通，這將使單管感應加熱主電路重新開始自由振蕩，從而失去了ZVS。因此，必須確保延遲時間t_d＜t_m＝Δt+t_don,其中t_don是二極管導通時間。

根據本發明實施例，參照圖5，獲取第二閾值時間t_m的方法包括：

步驟S310，獲取第二時刻電感電流I₁；

步驟S320，根據第二時刻電感電流I₁在實現電路ZVS的條件下，獲得第二閾值時間t_m；

步驟S330，對第二閾值時間t_m進行求導和縮放，獲得第二閾值時間t_m與峰值電流I_pk成第二正比例關系。

具體的，第二時刻電感電流如公示(14)所示：

從時刻t₅到時刻t₂由能量守恒可得：

由公式(8)可知，為了能實現ZVS必須滿足：

I²＞C₁U²/L₁ (15)

則根據第二時刻電感電流I₁在實現電路ZVS的條件下，獲得第二閾值時間t_m，如公式(16)所示：

其中，t_m為第二閾值時間，C₁為諧振電容，U為直流電壓，L₁為電感，ω為角頻率，I為電感電流。

對公式(16)進行求導得，

對公式(17)進行縮放有，

即有t_m隨I的增加而增加，因此t_m隨I_pk的增加而增加。

設定最小的峰值電流I_pk，根據第一閾值時間Δt與峰值電流I_pk成反比例關系，獲得最大的第一閾值時間，也就是延遲時間t_d的最小極值Δt₀；根據第二閾值時間t_m與所述峰值電流I_pk成第二正比例關系，獲得最小的第二閾值時間，也就是延遲時間t_d的最大極值t_m0。設最小的峰值電流I_pk對應的Δt和t_m分別為Δt₀和t_m0，若給定固定的延遲時間，應滿足公式(3)：

Δt₀≤t_d≤t_m0 (3)

則能確保IGBT在反并聯二極管開通后再開通，同時又保證在二極管截止前導通，即實現了零電壓開通。當峰值電流最小時，對應最小的I_pk，因此對于固定的延遲時間可由能實現ZVS的最小峰值電流對應的時間Δt₀和t_m0來確定。

本發明實施例提供的基于延遲時間以實現電路ZVS的方法，通過對單管感應加熱主電路和單管感應加熱自激振蕩電路進行分析，使單管感應加熱自激振蕩電路在開通點增加延遲時間，當延遲時間滿足第一預設條件時，根據第一預設條件和絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開通條件，使延遲時間滿足第二預設條件，其中，第一預設條件包括第一閾值時間Δt和第二閾值時間t_m；根據第一閾值時間Δt和第二閾值時間t_m獲得最小極值Δt₀和最大極值t_m0；根據最小極值Δt₀和最大極值t_m0，使延遲時間在全范圍滿足第三預設條件，從而使單管感應加熱自激振蕩電路在零點電壓開通。本發明增加了單管感應加熱自激振蕩電路的ZVS實現范圍，降低了成本。

實施例二：

圖6為本發明實施例二提供的基于延遲時間以實現電路ZVS的系統示意圖。

參照圖6，基于延遲時間以實現電路ZVS的系統包括：

延遲時間增加器100，用于對單管感應加熱主電路和單管感應加熱自激振蕩電路進行分析，使單管感應加熱自激振蕩電路在開通點增加固定延遲時間；

閾值時間獲取器200，用于當延遲時間滿足第一預設條件時，根據第一預設條件和絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開通條件，使延遲時間滿足第二預設條件，其中，第一預設條件包括第一閾值時間Δt和第二閾值時間t_m；

極值獲取器300，用于根據第一閾值時間Δt和第二閾值時間t_m獲得最小極值Δt₀和最大極值t_m0；

ZVS實現器400，用于根據最小極值Δt₀和最大極值t_m0，使延遲時間在全范圍滿足第三預設條件，從而使單管感應加熱自激振蕩電路在零點電壓開通。

本發明實施例提供的基于延遲時間以實現電路ZVS的系統，包括延遲時間增加器、閾值時間獲取器、極值獲取器和ZVS實現器，通過對單管感應加熱主電路和單管感應加熱自激振蕩電路進行分析，使單管感應加熱自激振蕩電路在開通點增加延遲時間，當延遲時間滿足第一預設條件時，根據第一預設條件和絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開通條件，使延遲時間滿足第二預設條件，其中，第一預設條件包括第一閾值時間Δt和第二閾值時間t_m；根據第一閾值時間Δt和第二閾值時間t_m獲得最小極值Δt₀和最大極值t_m0；根據最小極值Δt₀和最大極值t_m0，使延遲時間在全范圍滿足第三預設條件，從而使單管感應加熱自激振蕩電路在零點電壓開通。本發明增加了單管感應加熱自激振蕩電路的ZVS實現范圍，降低了成本。

所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統和裝置的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

另外，在本發明實施例的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

所述功能如果以軟件功能單元的形式實現并作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基于這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

最后應說明的是：以上所述實施例，僅為本發明的具體實施方式，用以說明本發明的技術方案，而非對其限制，本發明的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神和范圍，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。