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随着电力半导体功率器件、先进的电路拓扑结构以及控制技术的发展,感应加热电源不断朝着大功率容量、高频率和智能化控制等方向发展,其控制系统也逐渐由模拟电路过渡到全数字控制电路形式。FPGA凭借其设计上的优越性以及快速数据处理等优点,逐渐成为控制领域的主导产品。本文以串联谐振型感应加热电源为研究对象,设计了一种PWM Buck软斩波电路,然后基于FPGA平台实现感应加热电源的频率跟踪控制电路以及PI功率控制算法。
实现感应加热设备便携化、轻量化的一个最直接的方法是提高开关频率,但单纯的提高频率会增大损耗,降低加热效率,故设计了一种新型ZVZCS PWMBuck软斩波电路。传统的锁相环易受电网电压、温度漂移等因素的影响,使得系统的同步调节很难实现,故提出了一种基于FPGA的数字锁相环设计,用Verilog HDL编程实现一个任意分频器,使FPGA内嵌锁相环能够应用在感应加热领域。另外,感应加热电源需要采用功率控制,来保证电源的恒功率输出,实现加热温度在给定的功率下恒定,满足工件加热要求。本文分析了串联谐振逆变器的功率控制原理,将其转化成Buck斩波电路的输出直流电压控制问题,用Verilog HDL编程实现了感应加热电源的一种PI功率控制算法,保证了输出功率与给定功率的一致。
仿真结果表明:设计的PWM软斩波电路实现了主、辅开关器件的软开关,减少了元器件的开通和关断损耗;Verilog HDL编程实现的外部分频器使得ADPLL的锁相频率适合于感应加热领域;PI功率控制算法保证了感应加热电源输出功率的恒定。