DSP平臺的數(shù)控逆變中頻電源的設計與實現(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，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(guī)格不同，感應線圈的等效電感和等效電阻也將改變，諧振頻率會發(fā)生變化，如果不改變逆變電路IGBT的驅(qū)動頻率，將使逆變器偏離諧振點，不僅使逆變橋上IGBT偏離零電流開關點，而且引起開關損耗增大，當逆變器工作頻率高于負載諧振頻率較大時，在一定的P值下，還會使負載阻抗增大，逆變器的無功功率增加，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，使逆變器的工作點保持在諧振點附近，從而實現(xiàn)IGBT的ZCS開關，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技術的數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)來實現(xiàn)頻率的自動跟蹤^[4]。

　　基于DSP的控制系統(tǒng)設計

　　串聯(lián)諧振中頻逆變電源系統(tǒng)結構框圖如圖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，傳感器采集的各種檢測信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后作為DSP的輸入信號，DSP根據(jù)檢測輸入的信息對系統(tǒng)進行實時控制，逆變器中功率主開關管的驅(qū)動信號由DSP的事件管理模塊EV產(chǎn)生，并對最終產(chǎn)生的PWM波形輸出進行死區(qū)控制;通過對負載電流和電壓的檢測、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，進行頻率鎖相跟蹤及移相功率控制;當過流或過壓等故障信號產(chǎn)生時，硬件電路會封鎖逆變器的觸發(fā)信號來實現(xiàn)保護功能，同時，保護信號會使中斷口XINT發(fā)生中斷，立即進行系統(tǒng)的其他保護處理。系統(tǒng)具有電壓、電流、工作頻率及諧振頻率等各項參數(shù)的顯示;電路設有過流、過壓、過熱、缺相等全面的保護系統(tǒng)，并指示出各種故障便于維修;同時，還具有上下位機通訊功能，可以實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡化控制或用計算機自動控制^[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(shù)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。控制系統(tǒng)主程序完成系統(tǒng)的初始化，它是整個程序最主要的部分，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(shù)以及鍵盤設定值等來控制運行。逆變控制子程序?qū)崿F(xiàn)移相控制和DPLL控制，電源的驅(qū)動信號由DSP的事件管理器EV產(chǎn)生的;通過對負載電流的檢測、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信號并通過DPLL實時計算產(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，從而實現(xiàn)頻率自動跟蹤功能。當過流或過壓等故障信號產(chǎn)生時，保護發(fā)出報警信號并進行系統(tǒng)的軟保護。

　　實驗結果及結論

　　依據(jù)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(qū)動信號和輸出電流電壓的實驗波形。實驗結果顯示，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(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、處理靈活、開關損耗小等優(yōu)點，系統(tǒng)運行的實時性和穩(wěn)定性好，在工業(yè)實際應用具有很好的應用前景和價值。

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