外文翻译

基于MOVPE系统的25千瓦，25千赫的高频感应加热电源的使用LLC谐振逆变器

传统的

LLC谐振逆变器的拓扑结构（RI）感应加热（IH）的应用，具有串联和并联谐振的方案的优点，同时消除其局限性。在本文中，对LLC 基频交流分析讨论，并且提出了一个新的工作点，次工作点相比于传统的工作点具有更强的电流增益和同步操作性。本文还描述了一种等效电路与方波电压源的分析，在加强辅助电感的源电流波形的分析的同时也指出了辅助电感的最佳选择方案。

1、介绍

感应加热（IH）通常用于金属热处理（淬火、回火、退火），变形前加热（锻造、模锻、镦粗、弯曲、冲孔）、钎焊、热装、涂装、熔化、晶体生长、封帽、烧结、碳蒸气沉积、外延沉积和等离子体的产生。IH是一种非接触式的加热方法，热量仅在部分区域产生，而不是在周围所有的的区域。加热的位置可以被定义为在金属部件上的指定区域，从而实现精确和统一的结果。作为加热电源，IH是比其他方法更为有效。

IH系统包括基本感应电源，它可以在要求的工作频率下提供所需的输出，其中包括完整的匹配元件、感应线圈组件、材料处理的方法、和一些冷却的方式。通常来说，全桥和半桥是最常见的感应加热电路，IH线圈的等效模型与工件可以以简化为图1中所示的等效电感L和等效电阻R。如果IH线圈直接从电源供电，工作电流将会很大。因此，该IH线圈适当地使用电容和外加电感来补偿，使电源供给的功率最小。此外，合适的匹配负载的电压 - 电流要求的可用的电源，匹配网络也是必不可少的。匹配通常是通过具有的合适匝数比的隔离变压器的来实现的。根据补偿电容和IH线圈的连接，两个最常用的RI拓扑是如下：

1串联谐振逆变器（SRI）：补偿电容器被放置在串联的IH线圈，它由电压源送入。

2并联谐振逆变器（PRI）：补偿电容器被放置在平行的IH线圈，它由电流源供给

图1：一个线圈IH等效电路表示

这些电路以及被分析的很详细，并且参考文献中也有也有比较性的评价。 它的工作电源为直流电压源，从而避免笨重输入电流平滑电抗器。它提供大电流增益，这反过来又降低了电流额定值和次级线圈匹配变压器。金属有机气相外延（MOVPE）是一个高度控制方法，用于半导体外延层和异质结构的沉积，这是光电和电子设备的发展的要求。MOVPE过程涉及的有机金属化合物和氢化物气体之间的气相反应，被运送到加热（约1200°C）石墨基座，已达到所需的材料的生长。IH是一种非接触加热基座的首选方法。

本文旨在探讨在一个25kw，25 kHz的IH电源的应用中，LLC RI的特点，此电源把加热石墨基座1200℃，次研究基于MOVPE系统对氮化物半导体的增长。2节介绍了LLC CN交流分析和研究各种特性以及变换器的谐振频率下的操作。建议的操作点是不同于先前提出的操作点，本文所提出的工作点提供了增强的电流增益较小时的辅助电感和同步操作性。3部分介绍了大电流方波电压源时LLC的补偿网络，以选择最佳的辅助电感，实际系统的的要求，描述和设计在第4节讨论。第5部分得出实验的结果。

2、LLC CN的分析

在图二所示的LLC RI中的输入电源是不可调节的（具有单相或三相二极管整流器和滤波器而获得），或者是一个可以被调节的电压源（与单相或三相得到二极管/可控硅整流和滤波或其他前端开关模式稳压器）。在前者的情况下，功率调节到工件应在RI阶段使用来完成

频率变化，固定频率脉冲宽度调制（PWM），或脉冲密度调制（PDM）。在后面的章节中输出电压是可调节的，可以对输出进行广泛的调节，但两个级联的转换器倾会降低总体效率。

图二：IH应用中LLC电路的设计

图三:LLC的等效电路图

以下分析基于基频的近似分析和LLC拓扑的重要特征。LLC CN的等效电路，如图3所示，输入电压为正弦电压源，其RMS值等于其方波励磁基波分量的均方根值。下面的定义是为分析。

角频率：

归一化频率：

特征阻抗：

电流q:

电感比

图四：这俩个图标表示了在y在不同电流作用下i和φ的变化

线圈和电流标准化的表达式可以被分别表示为：

图五：在y=5时w变化时H的变化情况

根据变压器工作中理想状态下的特点可以得

电流在w=1 时可被视作y>1时的任何情况，相位角是由w和q决定的。如果y=1，电压和电流保持同步，图四a显示了不同电流Q下y变化引起的I的变化。当转换器工作在w=1的状态下，I可视作与y成正比，尤其是在大电流的时候，这是IH应用的典型案例。

图4（b）表示φ的积作为γ的函数。该虽然这种滞后电流对半导体开关的零电压开关（ZVS）是有利的，但是它预期的φ将导致较高的电流从而导致较大的开关损耗。由图四很明显的可以看出φ是在w=1的情况下的，特别是对电流Q较大的时候是很小的。因此，开关的源电流和传导损耗将大大减少。

CNH的电流增益如下：

在w=1的时候可以被简化为：

图五显示了不同电流作用Q下，y=5的时候，w作用下H的变化情况。最大电流增益是根据w=1情况下理想工作点制定的。 Φ的表达式可以变现为如下形式

可以看出，在建议的工作点的相位角是小于传统的工作点，从而导致在开关的导通损耗减小。

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