基于DSP的全桥移相控制感应加热电源研究

　　引言

　　随着感应加热电源对自动化控制程度及可靠性要求的提高，感应加热电源正向智能化与数字化控制的方向发展。DSP具有高速的数字处理能力及丰富的外设功能，使得一些先进的控制策略能够应用实践，研究基于DSP的数字控制感应加热电源，可使产品具有更加优良的稳定性及控制的实时性，并且具有简单灵活的特点。本文以TMS320F2812为核心，设计了超音频串联谐振式感应加热电源的数字化控制系统，包括数字锁相环(DPLL)、移相PWM发生与系统闭环控制等。

　　1 系统结构

　　串联谐振式感应加热电源主电路如图1所示。采用不控整流加可控逆变电源结构，负载为感应线圈(等效为电感)与补偿电容串联。逆变部分采用带锁相环的移相PWM控制。基于TMS320F2812的系统控制框图如图2所示。其中直流侧电压检测电路和电流检测电路用于系统的闭环控制;输出电流检测电路是获取负载电流频率脉冲信号，用于频率跟踪的同步信号。

　　2 移相PWM调功原理

　　图1中由VTl和VT2的臂作为基准臂，VT3和VT4的臂作为移相臂，控制脉冲如图3所示。由图可见，其中VT1和VT2、VT3和VT4控制信号仍然保持互补相位关系，但VT3和VT4控制信号分别滞后VT1和VT2角度β，该角度在0～π范围内连续可调。改变移相臂的相位角β即可改变输出电压波形，从而改变电压基波有效值，实现桥内调压的目的。

　　设输入直流电压为Ud，VT4控制信号滞后VT1控制信号β角。则电路输出功率可用基波有功功率表示：

　　3 基于DSP控制系统的实现

　　1)数字锁相环与移相PWM信号的发生

　　采用TMS320F2812的EV单元，结合数字锁相环基本算式，可有效实现感应加热电源的频率跟踪。数字锁相环基本算式如下：

　　式中，T0(n)为同步信号周期，T1(n)为二阶滤波后的结果，T(n)为频率相位修正后的结果。A为频率修正系数，B为相位修正系数。

　　基于TMS320F28l2实现数字锁相环(DPLL)的基本原理如图4所示。算法过程如下：

　　(1)设置捕获单元为上升沿捕获，当同步信号脉冲的上升沿到达到，计数器2从零开始计数，当下一个脉冲上升沿到达时，捕获计数器2的值，得到同步信号的周期值T0(n)。

　　(2)开放定时器1的下溢中断，当计数器l为零时即进入下溢中断，立即读取并记录此刻计数器2的值，如图4中点M，该值即为相位差θ(n)，将其存入到相应寄存器中，等待程序调用。

　　(3)调用相关变量，基于锁相环基本算式，计算得到新的周期值T(n)。

　　(4)判断T(n)是否在频率限定范围之内，限幅处理后，将T(n)作为计数器1下一周期的周期值，这样在每个周期都进行调节便可实现锁相的目的。