Matlab的小功率感应加热电源的设计与仿真(15)
如图3.6所示的即为本仿真的PID电路模块设计。
图3.6 PID电路模块
4实验仿真结果
整个系统将上述的4个模块连接到一起，整个感应加热的框图如图4.1所示。
图4.1 感应加热电源系统框图
在系统中建立了3个仿真模块：IGBT模块；锁相环频率跟踪模块；PID控制模块。IGBT负责加热负载，并做开关控制，锁相环通过频率跟踪以及设置回路达到闭环控制，PID通过比例积分微分控制系统的功率，使得功率稳定。在实验仿真中，输出电压达到了预计要求，锁相回路工作正常，并且有了频率跟踪的功能。具体仿真见下文。
本次仿真只针对了逆变部分，输入电压为直流400V，功率器件采用IGBT，负载为RLC串联电路。仿真图如图4.2~4.5所示。
图4.2所示的是本次设计的整体图，其中包括了一个主电路模块，一个控制电路模块，还有测试模块，以及输入的直流电压，输出的结果可以通过示波器直观的显示出来。其中主电路采用的是IGBT功率器件。图4.3是主电路设计图，其中采用IGBT作为功率器件，其放大图如图4.4所示。
图4.2 系统整体仿真图
图4.3 主电路设计图
图4.4 IGBT功率器件图
图4.5 控制回路设计图
通过上述几个模块的分析与设计，之后来验证设计的合理性。图4.6~4.8分别是几个示波器显示出来的信号变化。从图4.6中可以看出，整个仿真在刚开始运行后，便很快的稳定在一个频率值，说明锁相环通过频率跟踪以及设置回路达到了闭环控制。从图4.7中可以看出，系统的功率稳定在一个值附近，上下波动值很小，更能直观的看出PID通过比例积分微分控制系统的功率。最后图4.8显示的是输出电压与电流，其中，输出电压是方波，输出电流是正弦波。
图4.6 频率示波器显示图
图4.7 功率控制示波器显示图
图4.8 输出电压与电流波形
整个系统的工作过程大致如下：给系统一个初始电压，可以控制IGBT模块进行加热，为了达到一定的功率控制，输出端通过锁相环频率跟踪控制的反馈回路，反作用于输入信号，做到了闭环控制回路。
本次设计仿真采用全桥电路，利用IGBT作为主要元件，串联RLC电路做负载。频率稳定在200KHz左右，输出为方波电压与正弦电流，锁相频率跟踪电路以及PID控制电路，最终达到了预期的实验效果，证明了设计的合理性。