應用于釬焊、熔煉等熱加工工藝的感應加熱電源在運行過程中，隨著負載溫度升高和爐料的熔化，負載等效參數會產生時變，從而引起負載固有諧振頻率的變化。為了使逆變器始終工作在功率因數接近或等于1的準諧振或諧振狀態，控制電路必須能夠實現頻率自動跟蹤。

本文采用LEM電流傳感器、電壓比較器和CD4046鎖相環對負載電流進行頻率跟蹤，實現了功率器件的零電流開關（ZCS），減小了開關損耗和電磁干擾（EMI）。由于在電路剛起動時，電流反饋信號為零，CD4046不能入鎖。本文提出了一種利用CD4046自身特點實現的它激到自激的轉換電路，很好地解決了這一問題。另外，加上相位補償電路的引入，最終實現了頻率自動跟蹤控制。整個電路具有跟蹤速度快、跟蹤頻率準確、保護容易、抗干擾能力強等優點。

CD4046鎖相環在感應加熱電源中的應用----鎖相環功能原理

鎖相環簡稱為pLL，主要由3個基本單元構成：相位比較器pD、壓控振蕩器VCO和外接的R、C無源低通濾波器LpF。CD4046包含前面2個單元，使用時外接低通濾波器，從而形成完整的鎖相環。pLL功能框圖如圖1所示。

施加于相位比較器的有輸入信號Vi（t）和壓控振蕩器的輸出信號Vo（t）。相位比較器輸出信號Ve（t）正比于Vi（t）和Vo（t）的相位差。Ve（t）經低通濾波器濾去高頻成分后得到一個平均電壓Vd（t），去控制壓控振蕩器的頻率變化，使輸入與輸出信號頻率之差不斷減少，直到這個差值為零時鎖定，實現頻率跟蹤。低通濾波器的時間參數決定了跟隨輸入信號的速度，同時也限制了pLL的捕捉范圍。

CD4046鎖相環在感應加熱電源中的應用----CD4046鎖相環的邏輯結構

從圖2中可以看出，CD4046包含了2個相位比較器（鑒相器）、1個壓控振蕩器以及2個附加部分，即輸入信號源極跟隨器和穩壓管，比較器有2個共同輸入信號端（3和14腳），信號輸入既可以與大信號直接匹配，又可以間接地通過串聯電容接入小信號。自偏置電路可在放大器的線性區域調整小電壓信號。

相位比較器1是異或門，產生1個數字信號（2腳），并在信號輸入與相位比較器輸入信號之間的中心頻率處維持90相移（要求輸入信號占空比為50%）。

相位比較器2由邏輯門控制的4個邊沿觸發器和3態輸出電路組成，產生數字誤差信號（13腳）和相位脈沖輸出（1腳），并在信號輸入與相位比較器輸入信號之間保持嚴格同步，產生0相移（與占空比無關）。故本文采用相位比較器2。

線性VCO（4腳）產生1個輸出信號，其頻率與VCO輸入的電壓以及連接到引出端的電容C值及R1和R2的阻值有關。并且輸出頻率范圍fmin～fmax滿足以下公式：

相位脈沖輸出端（1腳），用于表示鎖定或2個信號之間的相位差。如果相位脈沖端輸出高電平，表示處于鎖定狀態。在信號輸入端無信號輸入時，壓控振蕩器被調整在最低頻率上。

CD4046鎖相環在感應加熱電源中的應用----CD4046鎖相環的起動入鎖

由于電路起動瞬間，電流反饋信號為零，VCO始終在最低頻率處振蕩，這樣就存在起動時不能自動入鎖問題。一般采用它激到自激的轉換電路來實現起動問題。

如圖5所示，電路啟動后，隨著電容Cs的充電，A點電壓由VCC逐漸降低，VCO輸出頻率從最大值fmax滑向最小值fmin。只要負載的固有諧振頻率在fmax至fmin之間，就會引起負載諧振，鎖相環進入鎖定狀態，順利地啟動逆變器。此過程完成后，二極管會導致換流時間太長使占空比損失。一般，Cs的值應取5nF～30nF左右。Cr的值一般應該取得比Cs的值大5～30倍比較合適，以滿足VF的零電壓關斷，并且不使有效占空比變得太少。Lr的值影響VF開通時和整流橋上橋臂兩管關斷時的電流上升率，應主要根據流過VF管的最大電流的值進行選取，一般選擇1～10H。由于V7、V8只在極短的時間內流過電流，故可以選擇比較小的管子。

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