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.