基于VHDL的感應加熱電源數(shù)字移相觸發(fā)器設(shè)計方案

目前，國內(nèi)大容量全固態(tài)感應加熱電源非常缺乏，中頻及超音頻感應加熱電源研制水平還比較底。其電路大多采用模擬控制電路，其中整流橋移相觸發(fā)電路通常采用模擬型鋸齒波增益可調(diào)電路，逆變輸出負載端多采用CD4046進行模擬控制。本文設(shè)計了一套感應加熱電源中三相整流橋的數(shù)字移相觸發(fā)器。

1問題描述

三相整流橋的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在電力電子中，通常將三相電的一個周期分為6個觸發(fā)換相區(qū)[1,4]。整流橋采用晶閘管，晶閘管是可控開關(guān)器件，開通晶閘管必須具備兩個條件：(1)陽極和陰極之間外加正向電壓；(2)門極(控制極)與陰極之間被施加觸發(fā)脈沖。調(diào)整觸發(fā)延遲角θ即可實現(xiàn)對整流輸出功率的控制。

2算法基本思想及改進策略

在模擬型移相觸發(fā)器中，觸發(fā)脈沖的延遲通過改變鋸齒波的斜率實現(xiàn)。通過增益調(diào)節(jié)實現(xiàn)對鋸齒波斜率的改變，從而達到移相的目的。本文設(shè)計的數(shù)字觸發(fā)器通過改變計數(shù)脈沖頻率的方法來實現(xiàn)移相。

本文采用VHDL語言進行算法編程[2]，控制器采用Altera公司EP2C5T144C8。整個方案硬件分為：同步電路[3]、反饋環(huán)節(jié)、驅(qū)動部分。A、B、C三相的同步電路結(jié)構(gòu)相同。同步電路[3]結(jié)構(gòu)如圖2所示。

同步電路由低通濾波器和限流電阻組成。由于低通濾波器的存在，會導致三相電的相移，由于后級每一個光耦的輸入都是兩路同步電路的輸入。因此低通濾波器導致的相移可以抵消。要合理選擇同步電路的參數(shù)，尤其是電容的參數(shù)，電容不易過大。電阻的選擇要考慮與后端光耦的匹配。同步信號經(jīng)過光耦隔離轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送入FPGA。

由于FPGA的IO標準是3.3V,因此要驅(qū)動晶閘管還需要進行放大處理。本電源中采用脈沖變壓器。感應加熱電源負載部分的IGBT逆變橋由DSP控制，DSP采用TMS320F2812,DSP控制IGBT逆變橋跟蹤負載上的信號頻率，監(jiān)測IGBT的溫度，根據(jù)IGBT的溫度通過反饋環(huán)節(jié)給前端FPGA一個可控頻率方波，從而確定移相角的大小，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。可控頻率方波則直接決定著移相角的大小。

2.1算法介紹[3]

三相整流橋調(diào)功算法部分可以分為同步信號預處理、移相模塊、脈沖配置模塊三部分。

6路同步信號經(jīng)過光耦隔離后轉(zhuǎn)換為方波送入FPGA芯片內(nèi)，由于光耦固有延遲的存在，所以光耦輸出的方波信號邊沿變化緩慢，如圖3所示。