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 V i （ t ） 和壓控振蕩器的輸出信號 Vo （ t ） 。相位比較器輸出信號V e （ t） 正比于 V i （ t ） 和 Vo （ t ） 的相位差。V e （ t ） 經低通濾波器濾去高頻成分后得到一個平均電壓V d （ 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 f min～f max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 f max滑向最小值 f min 。只要負載的固有諧振頻率在f max至 f min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 5 nF～30 nF 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 V F 的零電壓關斷， 并且不使有效占空比變得太少。L r 的值影響V F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 V F 管的最大電流的值進行選取，一般選擇 1～10 μH。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。