基于TMS320LF2407A的超聲電源系統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì)方案

　本文利用高速TMS320LF2407A型DSP控制芯片設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的控制電路，采用全橋逆變器作為超聲振動(dòng)系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換主電路，解決由于負(fù)載溫度變化等原因產(chǎn)生諧振頻率的漂移，保證系統(tǒng)的高效率。這里研究了粗精復(fù)合的頻率跟蹤方案，采用掃頻方法實(shí)現(xiàn)頻率粗跟蹤，采用硬件鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)精跟蹤。這兩種方法的結(jié)合既保證在較寬的頻率變化范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)頻率自動(dòng)跟蹤，又保證跟蹤的快速、準(zhǔn)確。為適應(yīng)負(fù)載變化的要求，采用軟開關(guān)的PS-PWM控制方法，使系統(tǒng)的輸出功率連續(xù)可調(diào)。
　　1 主電路拓?fù)浞治?br /> 　　超聲電源的主電路采用全橋逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中：Z1～Z4為功率主開關(guān)管;D1～D4為Z1～Z4內(nèi)部反并聯(lián)寄生二極管;C1～C4為外接并聯(lián)電容或者功率管的寄生電容；T為高頻脈沖變壓器；L0為串聯(lián)調(diào)諧匹配電感;PZT為超聲換能器。
　　
　　逆變器部分利用功率管寄生電容和并聯(lián)電容，以及變壓器的漏感實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)零電壓移相控制（ZVS-PSP-WM）的方式。零電壓開關(guān)是依靠功率開關(guān)管反并聯(lián)二極管的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)功率器件零電壓開通;通過功率諧振電容的充電過程來實(shí)現(xiàn)功率器件的零電壓關(guān)斷。
　　在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，移相控制有12種開關(guān)模塊，在分析之前，做出如下假設(shè)：
　　（1）電路中所有的開關(guān)器件Z1～Z4和與其反并聯(lián)二極管D1～D4均為理想開關(guān)器件;
　?。?）所有的電感、電容為理想元件且不考慮線路的雜散電感值;
　?。?）不考慮死區(qū)加入對逆變器工作的影響;
　　（4）逆變器的輸入電壓為恒定電壓源。
　　移相控制逆變器的4個(gè)開關(guān)管驅(qū)動(dòng)波形如圖2所示。逆變器每個(gè)橋臂的2個(gè)功率管成180°互補(bǔ)導(dǎo)通，2個(gè)橋臂的導(dǎo)通角相差1個(gè)相位，即移相角。Z1，Z2為定相臂，Z3，Z4為移相臂。其中Z1和Z2分別先于Z3和Z4導(dǎo)通，移相角為φ，調(diào)節(jié)φ大小即可改變逆變器的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)輸出的正弦波電流幅值，使得輸出功率可以調(diào)節(jié)。
　　
　　逆變器的工作過程中，功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間恒定。同一橋臂的兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷，需要一定的延時(shí)時(shí)間，防止上下橋臂直通，保證開關(guān)管的安全。
　　2 控制策略
　　下面對主電路控制策略的工作過程進(jìn)行作進(jìn)一步分析，逆變器在工作過程中，功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間恒定。導(dǎo)通順序?yàn)閆1→Z4→ Z2→Z3，同一橋臂2個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，需要一定延時(shí)時(shí)間，防止上下橋臂直通，保證開關(guān)管的安全。