CN109245591A - 基于dsp的串联谐振改进型pwm逆变调功系统 - Google Patents

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Abstract

基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统：包括主电路和控制电路；主电路具有整流电路、滤波电路、全桥逆变单元和谐振负载回路；本发明通过对脉冲宽度调功（PWM）进行了改进，克服了传统PWM的缺点，使逆变器件始终工作在软开关状态，继承了PWM调功时频率稳定的优点，大幅度提高了设备的耐用性和负载适用范围，提高的电源的整机效率。

Description

基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统
技术领域
本发明涉及串联谐振逆变调功系统，具体涉及基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统。
背景技术
串联感应加热逆变调功电源有多种功率控制策略，包括脉冲密度调功（PDM），脉冲频率调功（PFM），脉冲宽度调功（PWM），移项调功（PSPWM）等，控制策略不同对设备的成本和控制精度、控制稳定度不同。
现有串联感应加热逆变调功方式都不完美，如脉冲密度调功（PDM）功率调节稳定性差；脉冲频率调功（PFM）功率变化频率也随之变化，从而会影响淬火层深；脉冲宽度调功（PWM）逆变器件开关损耗大、EMI大；移项调功（PSPWM）在小功率时电流波形变形，近似三角波，影响系统的锁相精度。
发明内容
本发明提供基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统。
本发明的技术方案具体为：
基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统：包括主电路和控制电路；主电路具有整流电路、滤波电路、全桥逆变单元和谐振负载回路；外部电源依次通过整流电路、滤波电路、全桥逆变单元和谐振负载回路为负载进行供能；控制电路包括DSP处理器、故障采样电路、谐振信号采集电路、直流电压采集电路、隔离驱动电路；故障采样电路、谐振信号采集电路对负载回路的状态进行检测，并把检测数据发送至DSP处理器；DSP处理器通过隔离驱动电路对全桥逆变单元进行驱动；直流电压采集电路对经过滤波电路进行滤波操作后的外部电源进行检测，并把检测数据发送至DSP处理器。
进一步的：所述整流电路采用三相不控整流电路。
进一步的：所述谐振信号采集电路采用相位检测电路。
进一步的：所述DSP处理器采用TMS320LF2812处理器。
进一步的：还包括有与DSP处理器连接的按键采集电路和人机交互系统。
一种串联谐振改进型PWM逆变调功控制方法：对上述的基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统的全桥逆变单元的桥臂进行PWM控制，其中同侧桥臂的上下桥电路的PWM信号互补，不同侧桥臂的上桥电路和下桥电路PWM信号占空比总和100%。
进一步的：近电源侧桥臂PWM信号占空比调节范围为5%-50%。
进一步的：PWM信号采用DSP处理器生成。
进一步的：PWM信号利用DSP处理器事件管理模块EVM产生，通过改变比较控制寄存器的赋值来改变PWM信号占空比。
相对于现有技术，本发明的技术效果为，本发明通过对脉冲宽度调功（PWM）进行了改进，克服了传统PWM的缺点，使逆变器件始终工作在软开关状态，继承了PWM调功时频率稳定的优点，大幅度提高了设备的耐用性和负载适用范围，提高的电源的整机效率。并且本发明硬件电路控制简单，能够以简单可靠的电路成本完成负载的功率控制功能，成本较低。
本发明采用的新型PWM功率控制方案使开关器件始终工作在零开关状态，大大提高了逆变功率器件的使用寿命；同时在功率调节过程中，频率始终保持不变，提高了设备在淬火领域加热层深的稳定性。
附图说明
图1是本发明的系统结构图。
图2为全桥逆变单元示意图。
图3为发明的工作波形图。
其中图3中正弦波为负载回路Ui的波形，Uvt1、Uvt2、Uvt3、Uvt4分别为晶闸管VT1、VT2、VT3、VT4波形。
具体实施方式
如附图1所示，基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统，包括主电路和控制电路。主电路具有整流电路、滤波电路、全桥逆变单元和谐振负载回路；外部电源依次通过整流电路、滤波电路、全桥逆变单元和谐振负载回路为负载进行供能；控制电路包括DSP处理器、故障采样电路、谐振信号采集电路、直流电压采集电路、隔离驱动电路；故障采样电路、谐振信号采集电路对负载回路的状态进行检测，并把检测数据发送至DSP处理器；DSP处理器通过隔离驱动电路对全桥逆变单元进行驱动；直流电压采集电路对经过滤波电路进行滤波操作后的外部电源进行检测，并把检测数据发送至DSP处理器。
所述整流电路采用三相不控整流电路。
所述谐振信号采集电路采用相位检测电路。
所述DSP处理器采用TMS320LF2812处理器。
上述基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统，还包括有与DSP处理器连接的按键采集电路和人机交互系统（HMI）。
一种串联谐振改进型PWM逆变调功控制方法。对上述基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统的全桥逆变单元的桥臂进行PWM控制，其中同侧桥臂的上下桥电路的PWM信号互补，不同侧桥臂的上桥电路和下桥电路PWM信号占空比总和100%。
上述控制方法中近电源侧桥臂PWM信号占空比调节范围为5%-50%。
上述控制方法的PWM信号采用DSP处理器生成。具体的PWM信号利用DSP处理器事件管理模块EVM产生，通过改变比较控制寄存器的赋值来改变PWM信号占空比。
系统的工作原理：本系统利用TMS320LF2812可输出两组互补的PWM波形信号的功能，利用事件管理模块EVM产生两组（4路）互补PWM波形A、B、C、D，AB互补，CD互补，ABCD分别控制全桥逆变单元桥臂上的晶闸管VT1、VT2、VT3、VT4（如图2），其中晶闸管VT1、VT2为近电源侧桥臂上的晶闸管，通过改变比较控制寄存器的赋值来改变AB和CD的占空比，AB占空比调节范围为5%-50%，CD占空比调节范围为50%-95%，全桥逆变单元（图3）逆变器件的具体工作如下。
（1）[t0~t4]阶段 PWM波形AC的占空比都为50%，此时系统功率最大，VT1、VT2、VT3、VT4 打开关断都是零电流（ZCS）状态。
（2）对PWM波形A、B、C、D进行调节之后，[t4~t5]阶段 负载电流由VT1→C→R→L→VT4 向负载供电。
（3）[t5~t6]阶段 VT1为零电压（ZVS）关断，VT2 打开，电流由VT2→C→R→L→VT4衰减震荡，电流为零时开始反向回流，电流由VT4→L→R→C→VT2方向运行负载电流反向。
（4）[t6~t7]阶段 VT4为ZVS关断，VT3 打开，电流由VT3→C→R→L→VT2方向运行负载电流反向。VT1、VT2、VT3、VT4占空比开度，此过程PWM波形信号频率不变，设备开关频率保持不变。
由此可见，改进后的PWM功率调节使VT1、VT2、VT3、VT4在整个谐振过程中都处于零开关状态，大大提高了逆变器件的使用寿命和设备的逆变效率。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统，其特征在于：包括主电路和控制电路；主电路具有整流电路、滤波电路、全桥逆变单元和谐振负载回路；外部电源依次通过整流电路、滤波电路、全桥逆变单元和谐振负载回路为负载进行供能；控制电路包括DSP处理器、故障采样电路、谐振信号采集电路、直流电压采集电路、隔离驱动电路；故障采样电路、谐振信号采集电路对负载回路的状态进行检测，并把检测数据发送至DSP处理器；DSP处理器通过隔离驱动电路对全桥逆变单元进行驱动；直流电压采集电路对经过滤波电路进行滤波操作后的外部电源进行检测，并把检测数据发送至DSP处理器。
2.如权利要求1所述的基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统，其特征在于：所述整流电路采用三相不控整流电路。
3.如权利要求1所述的基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统，其特征在于：所述谐振信号采集电路采用相位检测电路。
4.如权利要求1所述的基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统，其特征在于：所述DSP处理器采用TMS320LF2812处理器。
5.如权利要求1所述的基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统，其特征在于：还包括有与DSP处理器连接的按键采集电路和人机交互系统。
6.一种串联谐振改进型PWM逆变调功控制方法，其特征在于：对权利要求1-5任一所述的基于DSP的串联谐振改进型PWM逆变调功系统的全桥逆变单元的桥臂进行PWM控制，其中同侧桥臂的上下桥电路的PWM信号互补，不同侧桥臂的上桥电路和下桥电路PWM信号占空比总和100%。
7.如权利要求6所述的一种串联谐振改进型PWM逆变调功控制方法，其特征在于：近电源侧桥臂PWM信号占空比调节范围为5%-50%。
8.如权利要求6所述的一种串联谐振改进型PWM逆变调功控制方法，其特征在于：PWM信号采用DSP处理器生成。
9.如权利要求8所述的一种串联谐振改进型PWM逆变调功控制方法，其特征在于：PWM信号利用DSP处理器事件管理模块EVM产生，通过改变比较控制寄存器的赋值来改变PWM信号占空比。
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