基于DSP的超音频感应加热电源研究与设计

论文摘要

电磁感应加热具有加热速度快、效率高、控制精确、环保、使用寿命长等独特的加热优势,已逐步成为现代加热方式的主流,特别是在工业生产中具有广阔的应用前景。本课题的应用对象是石油钻铤的热处理,是基于电磁感应加热技术对钻铤进行加热的设备。本课题采用TI公司生产的DSP芯片——TMS320F2812作为主控制器,实现感应加热电源的频率跟踪和功率控制,该控制器相比于传统的单片机控制具有集成度高、数据处理能力强等优势。DSP在控制算法上采用模糊控制实现感应加热电源的功率调节,使负载随着温度的变化而不断改变输出功率值。模糊控制与传统PID控制相比,不依赖控制对象精确的数学模型,具有良好的鲁棒性和抑制超调的能力,且调功过渡时间短、电压超调小和稳态精确度高等优点。在锁相环控制上利用TMS320F2812丰富的片内资源实现数字锁相环(DPLL)控制,实现输出频率对负载频率的自动跟踪。数字锁相环(DPLL)精度高、抗干扰能力强、稳定性好,可提高感应加热电源的输出效率,保证逆变器工作在软开关状态。本文首先介绍感应加热基本原理,对感应加热电源常见的两种拓扑结构和调功方式进行分析比较。在理论分析的基础上完成了系统硬件电路、控制电路的方案设计。其中硬件电路包括主电路、MOSFET驱动电路、调理电路、保护电路及电源模块等,控制电路主要包括控制芯片及外围电路等。由于感应加热电源工作在高压、大电流场合,设备会受到很强的电磁干扰,为避免电磁干扰对负载输出值产生一定的影响,本文从四个方面介绍了抗干扰性的方法及设计。最后对整个系统设计进行仿真并调试,并给出仿真波形和实验结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 常用加热方式比较
• 1.3 感应加热电源的基本原理
• 1.4 国内外研究现状及趋势
• 1.4.1 国内外发展现状研究
• 1.4.2 感应加热电源的发展趋势
• 1.5 论文研究的主要内容
• 第2章 感应加热电源方案设计
• 2.1 感应加热电源拓扑结构分析
• 2.1.1 线路滤波器部分
• 2.1.2 整流部分
• 2.1.3 滤波部分
• 2.1.4 逆变器部分
• 2.2 串并联谐振逆变器分析
• 2.2.1 串联谐振（SRC）逆变器的原理分析
• 2.2.2 并联谐振（PRC）逆变器的原理分析
• 2.2.3 串联谐振逆变器与并联谐振逆变器的比较分析
• 2.3 负载电路及其特性分析
• 2.4 串联谐振逆变器的调功方案的分析
• 2.4.1 直流侧调功
• 2.4.2 逆变侧调功
• 2.5 感应加热电源控制系统的分析
• 2.6 系统整体方案设计
• 2.7 小结
• 第3章 感应加热电源主电路设计
• 3.1 主电路的主要设计技术参数
• 3.2 感应加热电源电路的主回路结构
• 3.2.1 整流电路设计
• 3.2.2 逆变电路的设计
• 3.2.3 缓冲吸收电路的设计
• 3.2.4 负载谐振电路参数的分析计算
• 3.3 驱动电路设计
• 3.4 调理电路设计
• 3.5 电源模块设计
• 3.6 保护电路设计
• 3.7 小结
• 第4章 感应加热电源控制系统设计
• 4.1 TMS320F2812 DSP简介
• 4.2 应用事件管理器产生PWM
• 4.3 基于数字锁相环（DPLL）的频率跟踪控制
• 4.4 控制算法
• 4.4.1 模糊控制
• 4.4.2 模糊控制在感应加热电源中的应用
• 4.5 软件设计
• 4.6 小结
• 第5章 感应加热电源抗干扰性设计
• 5.1 EMI滤波设计
• 5.2 屏蔽设计
• 5.3 接地设计
• 5.4 电力电子产生谐波干扰的抑制电路
• 5.5 光耦隔离
• 5.6 小结
• 第6章 系统仿真及实验结果分析
• 6.1 PSPICE仿真软件介绍
• 6.2 PSPICE仿真
• 6.3 MATLAB/SIMULINK仿真
• 6.4 实验结果
• 6.5 小结
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢