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　　数字锁相环(DPLL)控制

　　串联谐振逆变电路工作在谐振状态时，谐振回路呈电阻性，工作频率等于负载的谐振频率。由于逆变输出所接负载的规格不同，感应线圈的等效电感和等效电阻也将改变，谐振频率会发生变化，如果不改变逆变电路IGBT的驱动频率，将使逆变器偏离谐振点，不仅使逆变桥上IGBT偏离零电流开关点，而且引起开关损耗增大，当逆变器工作频率高于负载谐振频率较大时，在一定的P值下，还会使负载阻抗增大，逆变器的无功功率增加，输出功率因数下降，功率容量不能充分利用。因此逆变控制系统必须具备频率跟踪功能，使逆变器的工作点保持在谐振点附近，从而实现IGBT的ZCS开关，并且有效利用逆变器的输出功率容量。一般的频率跟踪采用锁相环控制(PLL)，通过检测输出电压和电流的相位差，控制锁相环电路的触发信号输出频率，达到频率跟踪的目的。本设计采用基于DSP技术的数字锁相环(DPLL)来实现频率的自动跟踪^[4]。

　　基于DSP的控制系统设计

　　串联谐振中频逆变电源系统结构框图如图4所示。电源控制系统采用以TMS320LF2407为控制核心的硬件控制平台，传感器采集的各种检测信号经转换后作为DSP的输入信号，DSP根据检测输入的信息对系统进行实时控制，逆变器中功率主开关管的驱动信号由DSP的事件管理模块EV产生，并对最终产生的PWM波形输出进行死区控制;通过对负载电流和电压的检测、采样、滤波、电平转换和A/D 变换处理后，与给定频率作比较，进行频率锁相跟踪及移相功率控制;当过流或过压等故障信号产生时，硬件电路会封锁逆变器的触发信号来实现保护功能，同时，保护信号会使中断口XINT发生中断，立即进行系统的其他保护处理。系统具有电压、电流、工作频率及谐振频率等各项参数的显示;电路设有过流、过压、过热、缺相等全面的保护系统，并指示出各种故障便于维修;同时，还具有上下位机通讯功能，可以实现远程网络化控制或用计算机自动控制^[5]。

　　控制软件设计采用模块化设计思想，将程序分为主程序、逆变控制处理子程序、参数修改子程序、上位机通信子、保护子程序和显示子程序等几大模块。控制系统主程序完成系统的初始化，它是整个程序最主要的部分，主程序流程图如图5所示。它包括对I/O口的初始化，事件管理器、各功能寄存器的配置，SPI、SCI模块等外围设备的初始化，读取参数以及键盘设定值等来控制运行。逆变控制子程序实现移相控制和DPLL控制，电源的驱动信号由DSP的事件管理器EV产生的;通过对负载电流的检测、采样、滤波、电平转换和A/D变换处理后，与给定频率作比较，进行频率锁相跟踪及移相角α的调控;在逆变电源频率跟踪控制中，逆变控制子程序以为基准信号并通过DPLL实时计算产生锁相频率，使逆变器的输出频率能随负载固有频率变化，从而实现频率自动跟踪功能。当过流或过压等故障信号产生时，保护发出报警信号并进行系统的软保护。

　　实验结果及结论

　　依据前面的设计思想，我们设计了一台10kW/10kHz的串联谐振中频逆变电源样机应用于中频感应加热。输入为三相380V±15%，图6(a)和(b)分别示出驱动信号和输出电流电压的实验波形。实验结果显示，结果与理论分析基本一致，所设计的串联谐振中频逆变电源工作稳定可靠。

　　基于DSP的串联谐振中频逆变电源，具有抗干扰能力强、处理灵活、开关损耗小等优点，系统运行的实时性和稳定性好，在工业实际应用具有很好的应用前景和价值。

　　参考文献：

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　　[3] Nagai.S, Hiraki. E,Arai Y I, et al. New Phase-Shift Soft-Switching PWM Series Resonantinverter Topologies and Their Practical Evaluations [C].International Conference on Power Electronics and Drive Systems, Hong Kong, 1997, 1. P318-332
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　　[5] 唐雄民,刘铮,彭永进,等.移相控制串联谐振式臭氧发生器电源分析[J].中国电机工程学报,2007,27(24):17-23

关键词： 逆变电源 DSP IGBT 串联谐振 DPLL 201310