Variable Frequency Asymmetrical PWM for Half-Bridge Resonant Induction Cookers

Die asymmetrisch-frequenzvariable Pulsweitenmodulation wurde für den Reihenresonanz- Induktionskocher entwickelt, um dessen Wirkungsgrad zu erhöhen. Der dafür verwendete Spannungswechselrichter basiert auf einer Halbbrückentopologie. Die Regelungsstruktur besteht aus zwei separaten Regelschleifen. Eine Schleife regelt die Phasenlage des Stromes unter Verwendung einer PLL-Struktur. So können ständig die Schaltbedingungen für die Nullspannungsschalter der Halbbrücke eingehalten werden. Eine weitere regelt unter Verwendung des Tastverhältnisses den Leistungsfluss in die Last. Das Verhalten des Systems bei VFAPWM Regelung im stationären Zustand wurde ermittelt und die so gewonnenen Gleichungen im Arbeitspunkt gelöst. Einige Entwurfskriterien wie z.B. die Auswahl der Beschaltungskondensatoren, die Totzeit zur Sicherung der ZVS-Bedingung sowie der notwendige Phasenoffset der PLL werden diskutiert. Durch diese Maßnahmen kann die ZVS- Bedingung für einen breiten Variationsbereich der Last gesichert werden. Die damit einhergehende Frequenzvariation ist gering. Um die Regelparameter der beiden Regelkreise ermitteln zu können, wurde ein um den Arbeitspunkt linearisiertes Kleinsignalersatzschaltbild des HBSRI mit VFAPWM ermittelt. Dadurch konnte der Einfluss von Laständerungen sowie der von Regelparametervariationen auf die Systemdynamik analysiert und Entwurfskriterien für den Regler abgeleitet werden. Weiterhin wurde die gesamte Regelungsstruktur in einen FPGA-Schaltkreis implementiert und das Gesamtsystem, bestehend aus dem Inverter und den Reglern, experimentell verifiziert. Abschließend werden die damit gewonnenen praktischen Ergebnisse angegeben.