DSP平臺的數控逆變中頻電源的設計與實(shí)現

　　摘要：應用數字處理技術(shù)，研究了基于DSP的數字化控制的中頻逆變電源。給出了基于IGBT的主電路拓撲結構，分析了其控制原理，采用基于TMS320F2407型DSP為核心的控制系統，實(shí)現串聯(lián)諧振中頻逆變電源的數字化控制，以滿(mǎn)足系統控制的實(shí)時(shí)性和靈活性要求。研制了一臺10kW/10kHz的逆變電源樣機進(jìn)行實(shí)驗，實(shí)驗結果驗證了設計的有效性和可行性。

　　引言

　　隨著(zhù)電力電子技術(shù)、信號處理技術(shù)及計算機控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應用，對逆變電源的性能及效率等要求也越來(lái)越高。串聯(lián)諧振中頻逆變電源是感應加熱的關(guān)鍵設備，在現代工業(yè)生產(chǎn)中，熔煉金屬及對工件進(jìn)行透熱、淬火和彎管等，常常采用中頻(150Hz~20kHz)諧振逆變電源裝置作為感應加熱電源。

　　傳統的串聯(lián)諧振中頻逆變電源控制仍然多為模擬控制或模擬與數字相結合的控制系統^[1-2] ，存在如控制電路結構復雜、采用較多的元器件，體積龐大、電源一致性差;系統工作不穩定、控制精度不高、開(kāi)發(fā)調試復雜等缺點(diǎn)?？朔陨先秉c(diǎn)的方法是應用數字處理技術(shù)，將傳統的模擬電源升級改造為數字化電源(DPS：Digital Power Supply)。數字電源控制電路的核心器件是數字信號處理器(DSP)，通過(guò)微處理器的精確運算來(lái)控逆變電源的各項性能和工作全過(guò)程，使控制電路高度集成、簡(jiǎn)化，且實(shí)現了數控化。本文設計了基于DSP芯片TMS320LF2407的10kW/10kHz 的串聯(lián)諧振中頻逆變電源，并通過(guò)試驗驗證了該設計方案的有效性和可行性。

　　中頻逆變電源設計

　　電源主電路設計

　　串聯(lián)諧振中頻逆變電源系統主電路結構如圖1所示。三相380V/50Hz交流電經(jīng)空氣開(kāi)關(guān)、熔斷器后加到由二極管模塊組成的三相不控整流橋，三相整流橋輸出的直流電壓Ud經(jīng)電解電容Cd濾波成平直的電壓，再加到由四個(gè)IGBT和四個(gè)反并聯(lián)二極管組成的單相全橋逆變器，逆變器輸出的電壓Uo經(jīng)中頻變壓器T隔離并降壓后送到由補償電容C和負載感應器Lo組成的串聯(lián)諧振電路的兩端。中頻變壓器T用于負載匹配，感應線(xiàn)圈等效電感Lo和電阻R以及諧振電容C組成變壓器次級串聯(lián)諧振槽路。

　　串聯(lián)諧振逆變電源工作原理

　　串聯(lián)諧振逆變電源等效電路如圖2所示，其移相控制原理及工作過(guò)程分析如下^[3]：

　　圖2所示的主電路的控制采用了如圖3所示的移相控制策略。其基本原理是：檢測逆變器輸出電流 利用其過(guò)零點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生滯后橋臂管VT4的驅動(dòng)信號