DSP平臺(tái)的數(shù)控逆變中頻電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　摘要：應(yīng)用數(shù)字處理技術(shù)，研究了基于DSP的數(shù)字化控制的中頻逆變電源。給出了基于IGBT的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析了其控制原理，采用基于TMS320F2407型DSP為核心的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振中頻逆變電源的數(shù)字化控制，以滿足系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性和靈活性要求。研制了一臺(tái)10kW/10kHz的逆變電源樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的有效性和可行性。

　　引言

　　隨著電力電子技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對(duì)逆變電源的性能及效率等要求也越來越高。串聯(lián)諧振中頻逆變電源是感應(yīng)加熱的關(guān)鍵設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，熔煉金屬及對(duì)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(yīng)加熱電源。

　　傳統(tǒng)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(shù)字相結(jié)合的控制系統(tǒng)^[1-2] ，存在如控制電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、采用較多的元器件，體積龐大、電源一致性差;系統(tǒng)工作不穩(wěn)定、控制精度不高、開發(fā)調(diào)試復(fù)雜等缺點(diǎn)。克服以上缺點(diǎn)的方法是應(yīng)用數(shù)字處理技術(shù)，將傳統(tǒng)的模擬電源升級(jí)改造為數(shù)字化電源(DPS：Digital Power Supply)。數(shù)字電源控制電路的核心器件是數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，通過微處理器的精確運(yùn)算來控逆變電源的各項(xiàng)性能和工作全過程，使控制電路高度集成、簡化，且實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化。本文設(shè)計(jì)了基于DSP芯片TMS320LF2407的10kW/10kHz 的串聯(lián)諧振中頻逆變電源，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方案的有效性和可行性。

　　中頻逆變電源設(shè)計(jì)

　　電源主電路設(shè)計(jì)

　　串聯(lián)諧振中頻逆變電源系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。三相380V/50Hz交流電經(jīng)空氣開關(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(bǔ)償電容C和負(fù)載感應(yīng)器Lo組成的串聯(lián)諧振電路的兩端。中頻變壓器T用于負(fù)載匹配，感應(yīng)線圈等效電感Lo和電阻R以及諧振電容C組成變壓器次級(jí)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(cè)逆變器輸出電流 利用其過零點(diǎn)來產(chǎn)生滯后橋臂管VT4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)