着现代工业的发展，中频加热电源被越来越多的应用于多领域。并逐步取代传统的加热方式。这就对中频加热电源的性能要求也越来越高。这也对逆变控制系统提出了越来越高的要求，以前模拟控制器已不能满足时代的发展。而数字控制器相比模拟控制器，它有着抗干扰性能强、控制精度高、易于调控等优点。
　　本文采用TI公司生产的DSP芯片TMS320F2808，采用全数字控制的方式。应用闭环控制和重复控制原理，分别对电压和电流进行数据采样，实时对功率跟踪动态进行功率反馈，消除稳态误差。
　　 图1 单相全桥逆变等效电路如图
　　中频加热电源的结构及工作原理
　　原理图如图1。共有4个桥臂，可以看成由两个半桥臂电路组合而成。V1和V4一对，V2和V3另一对，成对的桥臂同时导通，两对交替导通。直流侧电压为Ud，直流电容为C1，通过IGBT逆变桥逆变出交流电压，通过LC串联谐振电路给负载R提供能量加热。系统控制IGBT的开通和关断时间，使输出的电压U0和电流i0达到目标值。
　　 图2 串联谐振等效电路图
　　由图1可得，当T1和T4开通、T2和T3关断时，向负载提供能量。纯电阻时，流过负载的电流为i0，由电源电压Ud和电源反电动势E0决定，稳定值i0=（Ud- E0）/R，当T1、T4、T2、T3全部关断时，负载向电压反馈能量。
　　输出电压为U0(t)，输出电流为i0(t)，电路等效电阻为r，逆变桥输出电压Ui(t)。为关系式为式（1）所示。
　　进行拉普拉斯变换得
　　感应加热系统的负载采用的是LC串联谐振回路。当电路呈现纯电阻特性时，电路上将出现最大电流，电路上的有用功率将会达到最大。串联谐振等效电路图如图2所示。
　　根据谐振的条件，补偿电容可以由公式（4）所示。
　　 （4）
　　当达到谐振频率时，此时电感和电容上的电压为大小相等，而方向相反的两个值。电路阻抗最小且为纯电阻。即
　　 （5）
　　上式虚部为零，电流最大，功率因数为1。
　　 （6）
　　在中频电源加热过程中，加热物体电阻随着温度的变化而变化。而L、C的值保持不变。串联谐振回路中电流和频率的关系图如图3所示
　　 图3 电流和频率的关系曲线
　　串联谐振电路中，处于容性状态时，开关管是在大电流下开通，二极管在非零电流下关断，急剧上升的二极管反向恢复电流会严重损坏开关管等，电源可靠性将大大降低。所以串联谐振电路中运行频率在谐振点€%r0附近，且处于感性区域。
　　PWM功率控制的策略和设计
　　 图4 数字锁相环PWM流程图
　　谐振点的跟踪
　　采用扫频的方式进行，采用数字锁相环，通过DPLL算法，检测输出电压及电流数据变化，将反馈信号输入到DSP的ADC采样端口，进行模数转换，得到电压与电流的反馈值，然后通过乘法器将两者相乘，再与给定比较，功率调节器的输出控制逆变器的移相角度，使输出功率保持恒定。因为感应加热电源系统负载的惯性比较大，即参数变化比较慢。因此，可以不考虑PID微分环节，采用PI调节，就可以满足系统的控制要求。算法流程图4所示。
　　相位补偿
　　由于系统在实际运行中硬件滞后的影响或是程序执行效率的影响，在没有进行相位补偿的时候，控制信号必滞后于反馈信号某一角度。在实际应用中常采用外部相位 补偿电路实现输出与反馈的相位同步，同样也可以在程序中进行补偿。如图5所示。
　　 图5 相位补偿图
　　启动问题
　　感应加热电源在启动时，负载还没有电流，因此无法进行频率跟踪，所以必须先通过他激信号使电源启动，当反馈电流达到一定幅值后再转换为自激状态，然后ADC采样单元不断检测负载电流有效值反馈，设定阀值，当反馈电流有效值高于阀值时，跳出扫频程序进入到数字锁相环程序，使系统工作在自激状态，算法流程图如图6所示。
　　 图6 启动流程图
　　实验结果及结论
　　通过实验编程运行，连接感应加热中频电源样机实验，进行实验调节，实验结果如下。
　　从图中可以看出，输出电压与输出电流一直保持固定不变的相位关系，这说明数字锁相环正常工作。实验表明，该设计的算法是稳定有效的，实验结果符合理论分析。基于DSP构成的感应加热电源移相式闭环控制中中频电源系统，可以完成对串联谐振式感应加热电源的频率跟踪与输出功率的连续可调，具有较好的闭环控制特性。
　　（粟坚定单位：湘潭大学信息工程学院； 蔡罗强单位：湘电集团技术中心； 陈军华单位：大唐耒阳发电厂）