基于FPGA的串联谐振逆变器斩波调功的研究与实现

摘要

由于感应加热技术具有加热温度高、效率高、速度快、加热温度容易控制、易于实现机械化、自动化、无空气污染等优点，现在感应加热己广泛应用于金属熔炼、透热、热处理和焊接等工业过程。但是目前工业领域广泛应用的感应加热电源多采用模拟电路控制，控制精度不高，灵活性较差，系统可靠性低。而数字式电路控制精确，软件设计灵活，整个控制系统简单、可靠，因此研究感应加热电源的数字化电路控制具有十分重要的意义。
　　本文以串联感应加热电源为研究对象，简要介绍了感应加热的基本知识和感应加热技术的发展过程，同时对感应加热的控制问题也作了简要的介绍。接下来分析并制定了电源的构成方案，并分析了感应加热电源的各种调功方式，在对比几种功率调节方式的基础上，为了克服由串联谐振逆变器构成的感应加热电源调压式调功和移相式调功存在的不足，提出了一种逆变斩波式调功的控制方法，在满足频率跟踪的条件下，产生了四路脉宽相间依次可调的逆变触发脉冲信号，通过控制 H桥四个开关元件的导通时间达到了对输出功率调节的目的。
　　由于感应加热过程中负载参数的变化会引起负载谐振频率的变化，为了保证感应加热电源工作在弱感性准谐振状态，逆变控制电路必须具有频率跟踪功能，系统中需要设计一种锁相环电路。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，本文设计了一种基于 FPGA的数字锁相环，该电路控制精度高、软件设计灵活。并分别对触发脉冲信号、引前触发角度以及死区时间等功能进行了分析与设计；对其工作原理和电路模块作了详细描述，通过实验结果表明，该电路产生的脉冲信号达到了预期的结果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 感应加热原理

1.2 国内外的研究现状

1.3 感应加热发展趋势

1.4 本文主要研究内容

第2章 感应加热电源的拓扑及调功分析

2.1 感应加热电源的主电路构成

2.2 谐振电路的分析

2.3 电压型和电流型谐振逆变器的比较分析

2.4 软开关技术

2.5 串联谐振感应电源常用功率调节方法

2.6 本文方案确定

第3章 基于FPGA逆变斩波脉冲信号的形成

3.1 FPGA 技术简介

3.2 锁相环控制电路

3.3 延时补偿模块

3.4 死区形成模块

3.5 触发脉冲控制模块

3.6 起动模块

3.7 本章小结

第4章 FPGA外围电路的研究与设计

4.1 过零检测电路

4.2 保护电路

4.3 控制电路系统电源的参数选择

4.4 本章小结

第5章 系统仿真与实验结果

5.1 控制电路系统的仿真

5.2 实验结果与分析

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间取得的科研成果