倍频式感应加热电源控制系统的研究

　　1 引言

　　随着数字信号处理器(DSP)与可编程逻辑器件(CPLD)的发展与普及。电源的控制已经由模拟控制、A/D混合控制，进入到全数字控制阶段。传统的感应加热电源控制电路大多采取模拟控制的方式。

　　因此难免存在触点多、焊点多、可靠性低的缺点，对一些元件的工艺性要求高，灵活性较差。数字系统在这些方面就显得很先进：首先是灵活，即修改参数很方便;其次是在保证程序可靠的前提下，运行比模拟系统可靠得多;最后。使用起来比较简洁、灵巧，无需太多的元器件。因此。采取集成度高、集成功能强大的数字控制器设计电源的控制系统.以适应不断提高的电源输出可编程控制。控制精度高等要求。

　　2主电路拓扑设计

　　在感应加热电源的应用中，淬火、焊管、焊接等工艺都要求高频率大功率的电源。功率MOSFET虽然可以实现高频工作，但其电压、电流容量等级低。

　　大功率电源需采用串、并联技术，影响了电源运行的可靠性。绝缘栅双极晶体管(IGBT)比较容易实现电源大功率化，但在高频情况下，其开关损耗，尤其是IGBT关断时存在的尾部电流.会限制其工作频率的进一步提高。

　　倍频式高频电源采用大功率自关断功率器件IGBT。通过在逆变桥的每个IGBT上分别再并联一个IGBT来实现，每组并联的IGBT轮流工作，使得负载频率为开关管工作频率的2倍，间接拓宽了IGBT的使用频率。开关管工作于零电流开关状态，消除了尾部电流引起的关断损耗。理论上可实现零开关损耗。基于以上原因.在此选用倍频方案设计电源，可以使电源的整体输出功率大幅提高。主电路拓扑如图1所示。

图1主电路原理图。

　　3控制系统设计

　　控制器采用的是TMS320LF-2407A和MAX II系列芯片EPMl270T144C5。图2示出基于DSP+CPLD的电源系统数字化控制框图。DSP中PID模块的输出作为PWM控制模块的输入信号，控制两相占空比可调的PWM信号的脉宽：CPLD的锁相环跟踪谐振频率.结合DSP输出的移相角度，在PWM模块生成PWM脉冲触发信号;最后经脉冲分配模块实现分时.移相控制策略。

图2系统数字化控制框图

　　3.1 基于CPLD的软件设计

　　控制系统工作过程如下：由电流检测电路检测负载槽路电流，经整流滤波后波形变换成方波信号，由谐振判别环节判断是否处于谐振状态。若是，则启动数字锁相环(DPLL)。采用全新的控制与方案实现DPLL，即鉴相器采用双D触发器鉴相器，其输出值代表相位误差;环路滤波器采用数字比例积分的方法实现;用数字控制振荡器(DCO)代替压控振荡器。DPLL的输出信号跟踪负载谐振频率.在PWM控制模块直接生成两组互补的PWM脉冲信号，作为逆变桥后桥臂VTk和VT出(茗=1，2)的基本触发脉冲。同时，为了防止同一个桥臂的上下管直通，避免电压短路损坏开关器件.通常采用在两个开关管间设置死区的方法来解决.即等一个桥臂的开关管关断后方可开通另一桥臂的开关管。遵循先关断后开通的原则。