基于DPLL的高频感应加热电源的研究

论文摘要

针对传统感应加热电源频率跟踪电路模拟实现在快速性、准确性方面的不足以及功能单一的局限性,本文研制一套以高性能单片机为核心的智能数字化高频感应加热电源,实现对负载谐振频率的快速、准确跟踪,建立数字化人机交互系统,实现感应加热系统的信息化、智能化等功能,通过接口通讯电路实现感应加热的在线控制。并在数字化硬件平台的基础上,提出了改进的PFM功率控制方案和基于DPLL频率跟踪控制策略。本文在理论分析的基础上,给出了感应加热电源的整机设计方案,选择串联谐振式半桥逆变器。设计了以PIC18F4520作为核心的数字化控制系统,提高了电源的控制精度和动静态特性。设计了接口通讯电路,使加热过程能够实时在线控制。设计了数字化的人机交互系统,实现了感应加热电源功能的信息化、智能化,改善感应加热精度和工艺效果。在硬件设计方面,按照功能将电源划分为不同的电路模块;在软件设计方面,采用模块化的编程方法,使得控制软件条理清晰,便于维护。最后,基于所设计的感应加热电源试验平台,验证了电源扫频启动方法的性能;电源输入功率为5kW时,验证了改进的PFM功率控制方式可以获得良好的控制效果,频率跟踪控制系统达到了快速、准确跟踪频率的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的和意义
• 1.1.1 课题背景和意义
• 1.2 感应加热电源的国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 感应加热电源的方案选择与设计
• 2.1 感应加热电源逆变器的分析与选择
• 2.1.1 串联谐振逆变器
• 2.1.2 并联谐振逆变器
• 2.1.3 逆变器的选择
• 2.2 功率控制方案设计
• 2.2.1 功率控制方案选择
• 2.2.2 PFM 控制方案分析
• 2.2.3 功率控制方案设计
• 2.3 频率跟踪方案设计
• 2.3.1 数字锁相环性能分析
• 2.3.2 频率跟踪方案设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 感应加热电源的软硬件设计
• 3.1 感应加热电源总体设计
• 3.2 感应加热电源硬件设计
• 3.2.1 电源主电路设计
• 3.2.2 电源控制电路设计
• 3.2.3 电源辅助电源设计
• 3.2.4 信号检测电路设计
• 3.2.5 电源保护电路设计
• 3.2.6 电源通讯电路设计
• 3.2.7 IGBT 驱动电路设计
• 3.2.8 人机交互系统设计
• 3.3 感应加热电源软件设计
• 3.3.1 系统主程序设计
• 3.3.2 功率控制程序设计
• 3.3.3 频率跟踪程序设计
• 3.3.4 人机交互系统程序设计
• 3.3.5 中断保护程序设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 感应加热电源系统验证
• 4.1 验证所用仪器及设备
• 4.2 电源启动性能验证
• 4.3 功率控制性能验证
• 4.4 频率跟踪性能验证
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢