基于TMS320F2812的超音频感应加热电源的研制

论文摘要

目前,我国的感应加热电源有相当大的部分采用的是以CD4046为核心的频率跟踪,也有部分采用了数字式频率跟踪,相比之下,数字式频率跟踪具有跟踪速度快、跟踪频率准确、抗干扰能力强等优点。为了更进一步发挥数字式频率跟踪的优势,本文设计了一种新型的数字式频率跟踪硬件电路,并采用控制领域最先进的DSP进行脉冲捕捉;在调功方式上,为了获得较高功率因数,本文采用了过零锁相感性移相PWM调功方式。本文对感应加热电源的频率范围进行了概述,阐述了感应加热的基本原理以及国内外的发展现状;分析了采用电压型逆变的原因,介绍了串联谐振原理并对谐振时品质因数、功率因数进行了分析;对本设计的主电路进行了详细的分析,阐述了系统工作在感性负载条件下的原因;介绍了改变脉冲频率、脉冲密度和脉冲宽度三种调功方式的优缺点,分析了过零锁相感性移相PWM调功方式的换流过程;在对数字锁相环硬件电路详细分析的基础上,介绍了DSP实现频率跟踪的软件方法、脉冲捕捉程序以及实测波形;分析了IGBT的驱动电路以及过流、过压和温度保护电路并介绍了DSP和CPLD子程序流程;对主电路的各主要器件进行了参数设计;阐述了移相调功时模糊控制器的设计方法和过程并对系统整流过程进行了MATLAB仿真。本论文研究的超音频感应加热电源是对数字式频率跟踪方法的一次改进尝试,简化了电路结构,提高了系统稳定性,功率因数可达0.9以上,控制简单,容易实现软开关,并且充分发挥了DSP的高度集成性、快速性等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 感应加热技术基本原理
• 1.3 感应加热电源发展现状
• 1.3.1 国外感应加热电源发展现状
• 1.3.2 国内感应加热电源发展现状
• 1.4 超音频感应加热电源技术的研究意义
• 1.5 选题的目的及任务
• 2 超音频感应加热电源技术分析
• 2.1 实现超音频变流过程分析
• 2.1.1 采用电压型逆变电路原因分析
• 2.2 串联谐振原理分析
• 2.2.1 串联谐振的产生
• 2.2.2 串联谐振的品质因数
• 2.2.3 串联谐振时的电压关系
• 2.3 感应加热负载电路特性及功率因数分析
• 2.4 超音频感应加热电源主电路分析
• 2.4.1 系统采取对 IGBT 并联缓压电容的原因分析
• 2.5 逆变调功的实现方法分析
• 2.5.1 过零锁相感性移相 P WM 控制方式
• 2.5.2 过零锁相感性移相 P WM 换流过程分析
• 2.6 频率跟踪的实现
• 2.6.1 数字锁相环反馈信号的选取
• 2.6.2 数字锁相环硬件电路分析
• 2.6.3 TMS320F2812 DSP 相位捕捉软件设计
• 2.7 本章小结
• 3 驱动电路、保护电路和控制电路分析
• 3.1 I GBT 驱动电路分析
• 3.2 主电路过流保护电路分析
• 3.3 过热保护电路分析
• 3.4 控制电路主要器件选型分析
• 3.4.1 CPLD 简介
• 3.4.2 CPLD 器件特点
• 3.4.3 采用 CPLD 技术的主要原因
• 3.4.4 双向缓冲器74ALVC16245 的作用
• 3.4.5 三端稳压芯片的选取
• 3.5 本章小结
• 4 TMS320F2812 和 EPM7128SQC100-10 的软件设计
• 4.1 DSP 的 A/D 转换子程序设计
• 4.2 DSP 的 P WM 触发信号子程序设计
• 4.3 DSP 的 LCD 显示子程序设计
• 4.4 CPLD 的程序设计
• 5 超音频感应加热电源主电路的主要器件参数设计
• 5.1 感应加热电源的主要技术指标
• 5.2 主电路元件参数设计
• 6 移相调功模糊控制器设计
• 6.1 模糊控制概述
• 6.2 模糊控制器基本结构
• 6.3 模糊控制的主要特点
• 6.4 模糊控制器设计
• 6.4.1 模糊控制的基本过程
• 6.5 本章小结
• 7 整流主电路仿真分析
• 8 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文及科研成果
• 附录A DSP 控制系统 PROTEL 原理图
• 附录B DSP 控制系统 PCB 图及其实物图
• 附录C 焊接器件后调试板实物图
• 附录D IGBT 驱动板实物图和以灯泡为负载时的实验调试图