基于TMS320LF2407的新型超聲波電源的研究

摘 要:以30 kHz/3 kW的超聲波電源為研究對(duì)象，采用DSP芯片代替單片機(jī)，設(shè)計(jì)軟、硬件，實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤和功率調(diào)節(jié)控制，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。在此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。研究粗精復(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(kāi)關(guān)的PS-PWM控制方法，使系統(tǒng)的輸出功率連續(xù)可調(diào)。

關(guān)鍵詞:超聲波; 諧振頻率; 硬件鎖相環(huán); PS-PWM

中圖分類號(hào):TG155.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)12-0201-04

New Ultrasonic Power Supply Based on TMS320LF2407

BIAN Ye-wei，SHEN Jin-fei

(Jiangnan University， Wuxi 214122， China)

Abstract:Based on the 30 kHz/3 kW ultrasonic power supply as the research object， a full-bridge inverter is adopted as the main power conversion circuit of the ultrasonic vibration system to implement the frequency tracking and the control of power adjustment. During the work， the resonance frequency drift caused by the change of the load temperature or other reasons was solved to ensure the high efficiency of the system. The rough and fine composite frequency tracking scheme is analyzed， in which the frequency-sweep method is adopted to realize the rough tracking of frequency and the hardware PLL is employed to achieve the fine tracking. The combination of the two methods ensures the frequency automatic tracking in a wide range of frequency， and in the meanwhile， ensures the fast and accurate tracking.

Keywords:ultrasonic; resonance frequency; hardware phase locked loop; PS-PWM

0 引 言

超聲技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用開(kāi)始于20世紀(jì)初，隨著超聲技術(shù)的成熟，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在控制方式上，傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱電源控制采用模擬技術(shù)控制，存在元件易老化、工作點(diǎn)漂移和一致性差等原因引起的產(chǎn)品升級(jí)換代困難等缺點(diǎn)[1]。隨著數(shù)字集成芯片、單片機(jī)、DSP、FPGA的出現(xiàn)，使感應(yīng)加熱電源數(shù)字化成為一種趨勢(shì)，具有控制靈活，系統(tǒng)升級(jí)方便，只要修改相應(yīng)的控制算法，而不必對(duì)硬件電路加以很大的改動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。

隨著電力電子器件的發(fā)展，電路控制技術(shù)也在飛速發(fā)展。控制電路最初以相位控制為手段、由分立元件組成，發(fā)展到集成控制器，再到計(jì)算機(jī)控制，向著高頻率、低損耗和數(shù)字化的方向發(fā)展。超聲波發(fā)生器應(yīng)用數(shù)字化控制技術(shù)一般有3種形式:采用MCU控制、采用DSP控制、采用FPGA控制[2]。……