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

　　數(shù)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(fù)載的諧振頻率。由于逆變輸出所接負(fù)載的規(guī)格不同，感應(yīng)線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(qū)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(dāng)逆變器工作頻率高于負(fù)載諧振頻率較大時(shí)，在一定的P值下，還會(huì)使負(fù)載阻抗增大，逆變器的無(wú)功功率增加，輸出功率因數(shù)下降，功率容量不能充分利用。因此逆變控制系統(tǒng)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(xiàn)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(cè)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(hào)輸出頻率，達(dá)到頻率跟蹤的目的。本設(shè)計(jì)采用基于DSP技術(shù)的數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的自動(dòng)跟蹤^[4]。

　　基于DSP的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　串聯(lián)諧振中頻逆變電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。電源控制系統(tǒng)采用以TMS320LF2407為控制核心的硬件控制平臺(tái)，傳感器采集的各種檢測(cè)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后作為DSP的輸入信號(hào)，DSP根據(jù)檢測(cè)輸入的信息對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，逆變器中功率主開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由DSP的事件管理模塊EV產(chǎn)生，并對(duì)最終產(chǎn)生的PWM波形輸出進(jìn)行死區(qū)控制;通過(guò)對(duì)負(fù)載電流和電壓的檢測(cè)、采樣、濾波、電平轉(zhuǎn)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(dāng)過(guò)流或過(guò)壓等故障信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，硬件電路會(huì)封鎖逆變器的觸發(fā)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，同時(shí)，保護(hù)信號(hào)會(huì)使中斷口XINT發(fā)生中斷，立即進(jìn)行系統(tǒng)的其他保護(hù)處理。系統(tǒng)具有電壓、電流、工作頻率及諧振頻率等各項(xiàng)參數(shù)的顯示;電路設(shè)有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱、缺相等全面的保護(hù)系統(tǒng)，并指示出各種故障便于維修;同時(shí)，還具有上下位機(jī)通訊功能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化控制或用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制^[5]。

　　控制軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將程序分為主程序、逆變控制處理子程序、參數(shù)修改子程序、上位機(jī)通信子、保護(hù)子程序和顯示子程序等幾大模塊?？刂葡到y(tǒng)主程序完成系統(tǒng)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(duì)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(shè)備的初始化，讀取參數(shù)以及鍵盤(pán)設(shè)定值等來(lái)控制運(yùn)行。逆變控制子程序?qū)崿F(xiàn)移相控制和DPLL控制，電源的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由DSP的事件管理器EV產(chǎn)生的;通過(guò)對(duì)負(fù)載電流的檢測(cè)、采樣、濾波、電平轉(zhuǎn)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(diào)控;在逆變電源頻率跟蹤控制中，逆變控制子程序以為基準(zhǔn)信號(hào)并通過(guò)DPLL實(shí)時(shí)計(jì)算產(chǎn)生鎖相頻率，使逆變器的輸出頻率能隨負(fù)載固有頻率變化，從而實(shí)現(xiàn)頻率自動(dòng)跟蹤功能。當(dāng)過(guò)流或過(guò)壓等故障信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，保護(hù)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并進(jìn)行系統(tǒng)的軟保護(hù)。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論

　　依據(jù)前面的設(shè)計(jì)思想，我們?cè)O(shè)計(jì)了一臺(tái)10kW/10kHz的串聯(lián)諧振中頻逆變電源樣機(jī)應(yīng)用于中頻感應(yīng)加熱。輸入為三相380V±15%，圖6(a)和(b)分別示出驅(qū)動(dòng)信號(hào)和輸出電流電壓的實(shí)驗(yàn)波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，結(jié)果與理論分析基本一致，所設(shè)計(jì)的串聯(lián)諧振中頻逆變電源工作穩(wěn)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(qiáng)、處理靈活、開(kāi)關(guān)損耗小等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性好，在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用具有很好的應(yīng)用前景和價(jià)值。

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