DSP平臺的數控逆變中頻電源的設計與實(shí)現

　　數字鎖相環(huán)(DPLL)控制

　　串聯(lián)諧振逆變電路工作在諧振狀態(tài)時(shí)，諧振回路呈電阻性，工作頻率等于負載的諧振頻率。由于逆變輸出所接負載的規格不同，感應線(xiàn)圈的等效電感和等效電阻也將改變，諧振頻率會(huì )發(fā)生變化，如果不改變逆變電路IGBT的驅動(dòng)頻率，將使逆變器偏離諧振點(diǎn)，不僅使逆變橋上IGBT偏離零電流開(kāi)關(guān)點(diǎn)，而且引起開(kāi)關(guān)損耗增大，當逆變器工作頻率高于負載諧振頻率較大時(shí)，在一定的P值下，還會(huì )使負載阻抗增大，逆變器的無(wú)功功率增加，輸出功率因數下降，功率容量不能充分利用。因此逆變控制系統必須具備頻率跟蹤功能，使逆變器的工作點(diǎn)保持在諧振點(diǎn)附近，從而實(shí)現IGBT的ZCS開(kāi)關(guān)，并且有效利用逆變器的輸出功率容量。一般的頻率跟蹤采用鎖相環(huán)控制(PLL)，通過(guò)檢測輸出電壓和電流的相位差，控制鎖相環(huán)電路的觸發(fā)信號輸出頻率，達到頻率跟蹤的目的。本設計采用基于DSP技術(shù)的數字鎖相環(huán)(DPLL)來(lái)實(shí)現頻率的自動(dòng)跟蹤^[4]。

　　基于DSP的控制系統設計

　　串聯(lián)諧振中頻逆變電源系統結構框圖如圖4所示。電源控制系統采用以TMS320LF2407為控制核心的硬件控制平臺，傳感器采集的各種檢測信號經(jīng)轉換后作為DSP的輸入信號，DSP根據檢測輸入的信息對系統進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，逆變器中功率主開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)信號由DSP的事件管理模塊EV產(chǎn)生，并對最終產(chǎn)生的PWM波形輸出進(jìn)行死區控制;通過(guò)對負載電流和電壓的檢測、采樣、濾波、電平轉換和A/D 變換處理后，與給定頻率作比較，進(jìn)行頻率鎖相跟蹤及移相功率控制;當過(guò)流或過(guò)壓等故障信號產(chǎn)生時(shí)，硬件電路會(huì )封鎖逆變器的觸發(fā)信號來(lái)實(shí)現保護功能，同時(shí)，保護信號會(huì )使中斷口XINT發(fā)生中斷，立即進(jìn)行系統的其他保護處理。系統具有電壓、電流、工作頻率及諧振頻率等各項參數的顯示;電路設有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱、缺相等全面的保護系統，并指示出各種故障便于維修;同時(shí)，還具有上下位機通訊功能，可以實(shí)現遠程網(wǎng)絡(luò )化控制或用計算機自動(dòng)控制^[5]。

　　控制軟件設計采用模塊化設計思想，將程序分為主程序、逆變控制處理子程序、參數修改子程序、上位機通信子、保護子程序和顯示子程序等幾大模塊?？刂葡到y主程序完成系統的初始化，它是整個(gè)程序最主要的部分，主程序流程圖如圖5所示。它包括對I/O口的初始化，事件管理器、各功能寄存器的配置，SPI、SCI模塊等外圍設備的初始化，讀取參數以及鍵盤(pán)設定值等來(lái)控制運行。逆變控制子程序實(shí)現移相控制和DPLL控制，電源的驅動(dòng)信號由DSP的事件管理器EV產(chǎn)生的;通過(guò)對負載電流的檢測、采樣、濾波、電平轉換和A/D變換處理后，與給定頻率作比較，進(jìn)行頻率鎖相跟蹤及移相角α的調控;在逆變電源頻率跟蹤控制中，逆變控制子程序以為基準信號并通過(guò)DPLL實(shí)時(shí)計算產(chǎn)生鎖相頻率，使逆變器的輸出頻率能隨負載固有頻率變化，從而實(shí)現頻率自動(dòng)跟蹤功能。當過(guò)流或過(guò)壓等故障信號產(chǎn)生時(shí)，保護發(fā)出報警信號并進(jìn)行系統的軟保護。

　　實(shí)驗結果及結論

　　依據前面的設計思想，我們設計了一臺10kW/10kHz的串聯(lián)諧振中頻逆變電源樣機應用于中頻感應加熱。輸入為三相380V±15%，圖6(a)和(b)分別示出驅動(dòng)信號和輸出電流電壓的實(shí)驗波形。實(shí)驗結果顯示，結果與理論分析基本一致，所設計的串聯(lián)諧振中頻逆變電源工作穩定可靠。

　　基于DSP的串聯(lián)諧振中頻逆變電源，具有抗干擾能力強、處理靈活、開(kāi)關(guān)損耗小等優(yōu)點(diǎn)，系統運行的實(shí)時(shí)性和穩定性好，在工業(yè)實(shí)際應用具有很好的應用前景和價(jià)值。

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