基于VHDL的感應加熱電源數字移相觸發器設計方案

目前，國內大容量全固態感應加熱電源非常缺乏，中頻及超音頻感應加熱電源研制水平還比較底。其電路大多采用模擬控制電路，其中整流橋移相觸發電路通常采用模擬型鋸齒波增益可調電路，逆變輸出負載端多采用CD4046進行模擬控制。本文設計了一套感應加熱電源中三相整流橋的數字移相觸發器。

1問題描述

三相整流橋的電路結構如圖1所示。

在電力電子中，通常將三相電的一個周期分為6個觸發換相區[1,4]。整流橋采用晶閘管，晶閘管是可控開關器件，開通晶閘管必須具備兩個條件：(1)陽極和陰極之間外加正向電壓；(2)門極(控制極)與陰極之間被施加觸發脈沖。調整觸發延遲角θ即可實現對整流輸出功率的控制。

2算法基本思想及改進策略

在模擬型移相觸發器中，觸發脈沖的延遲通過改變鋸齒波的斜率實現。通過增益調節實現對鋸齒波斜率的改變，從而達到移相的目的。本文設計的數字觸發器通過改變計數脈沖頻率的方法來實現移相。

本文采用VHDL語言進行算法編程[2]，控制器采用Altera公司EP2C5T144C8。整個方案硬件分為：同步電路[3]、反饋環節、驅動部分。A、B、C三相的同步電路結構相同。同步電路[3]結構如圖2所示。

同步電路由低通濾波器和限流電阻組成。由于低通濾波器的存在，會導致三相電的相移，由于后級每一個光耦的輸入都是兩路同步電路的輸入。因此低通濾波器導致的相移可以抵消。要合理選擇同步電路的參數，尤其是電容的參數，電容不易過大。電阻的選擇要考慮與后端光耦的匹配。同步信號經過光耦隔離轉換為數字信號后送入FPGA。

由于FPGA的IO標準是3.3V,因此要驅動晶閘管還需要進行放大處理。本電源中采用脈沖變壓器。感應加熱電源負載部分的IGBT逆變橋由DSP控制，DSP采用TMS320F2812,DSP控制IGBT逆變橋跟蹤負載上的信號頻率，監測IGBT的溫度，根據IGBT的溫度通過反饋環節給前端FPGA一個可控頻率方波，從而確定移相角的大小，構成閉環系統。可控頻率方波則直接決定著移相角的大小。

2.1算法介紹[3]

三相整流橋調功算法部分可以分為同步信號預處理、移相模塊、脈沖配置模塊三部分。

6路同步信號經過光耦隔離后轉換為方波送入FPGA芯片內，由于光耦固有延遲的存在，所以光耦輸出的方波信號邊沿變化緩慢，如圖3所示。