DSP平臺的數(shù)控逆變中頻電源的設計與實現(xiàn)

　　摘要：應用數(shù)字處理技術，研究了基于DSP的數(shù)字化控制的中頻逆變電源。給出了基于IGBT的主電路拓撲結構，分析了其控制原理，采用基于TMS320F2407型DSP為核心的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)串聯(lián)諧振中頻逆變電源的數(shù)字化控制，以滿足系統(tǒng)控制的實時性和靈活性要求。研制了一臺10kW/10kHz的逆變電源樣機進行實驗，實驗結果驗證了設計的有效性和可行性。

　　引言

　　隨著電力電子技術、信號處理技術及計算機控制技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，對逆變電源的性能及效率等要求也越來越高。串聯(lián)諧振中頻逆變電源是感應加熱的關鍵設備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，熔煉金屬及對工件進行透熱、淬火和彎管等，常常采用中頻(150Hz~20kHz)諧振逆變電源裝置作為感應加熱電源。

　　傳統(tǒng)的串聯(lián)諧振中頻逆變電源控制仍然多為模擬控制或模擬與數(shù)字相結合的控制系統(tǒng)^[1-2] ，存在如控制電路結構復雜、采用較多的元器件，體積龐大、電源一致性差;系統(tǒng)工作不穩(wěn)定、控制精度不高、開發(fā)調(diào)試復雜等缺點。克服以上缺點的方法是應用數(shù)字處理技術，將傳統(tǒng)的模擬電源升級改造為數(shù)字化電源(DPS：Digital Power Supply)。數(shù)字電源控制電路的核心器件是數(shù)字信號處理器(DSP)，通過微處理器的精確運算來控逆變電源的各項性能和工作全過程，使控制電路高度集成、簡化，且實現(xiàn)了數(shù)控化。本文設計了基于DSP芯片TMS320LF2407的10kW/10kHz 的串聯(lián)諧振中頻逆變電源，并通過試驗驗證了該設計方案的有效性和可行性。

　　中頻逆變電源設計

　　電源主電路設計

　　串聯(lián)諧振中頻逆變電源系統(tǒng)主電路結構如圖1所示。三相380V/50Hz交流電經(jīng)空氣開關、熔斷器后加到由二極管模塊組成的三相不控整流橋，三相整流橋輸出的直流電壓Ud經(jīng)電解電容Cd濾波成平直的電壓，再加到由四個IGBT和四個反并聯(lián)二極管組成的單相全橋逆變器，逆變器輸出的電壓Uo經(jīng)中頻變壓器T隔離并降壓后送到由補償電容C和負載感應器Lo組成的串聯(lián)諧振電路的兩端。中頻變壓器T用于負載匹配，感應線圈等效電感Lo和電阻R以及諧振電容C組成變壓器次級串聯(lián)諧振槽路。

　　串聯(lián)諧振逆變電源工作原理

　　串聯(lián)諧振逆變電源等效電路如圖2所示，其移相控制原理及工作過程分析如下^[3]：

　　圖2所示的主電路的控制采用了如圖3所示的移相控制策略。其基本原理是：檢測逆變器輸出電流 利用其過零點來產(chǎn)生滯后橋臂管VT4的驅(qū)動信號