基于VHDL的感应加热电源数字移相触发器设计方案

目前，国内大容量全固态感应加热电源非常缺乏，中频及超音频感应加热电源研制水平还比较底。其电路大多采用模拟控制电路，其中整流桥移相触发电路通常采用模拟型锯齿波增益可调电路，逆变输出负载端多采用CD4046进行模拟控制。本文设计了一套感应加热电源中三相整流桥的数字移相触发器。

1问题描述

三相整流桥的电路结构如图1所示。

在电力电子中，通常将三相电的一个周期分为6个触发换相区[1,4]。整流桥采用晶闸管，晶闸管是可控开关器件，开通晶闸管必须具备两个条件：(1)阳极和阴极之间外加正向电压；(2)门极(控制极)与阴极之间被施加触发脉冲。调整触发延迟角θ即可实现对整流输出功率的控制。

2算法基本思想及改进策略

在模拟型移相触发器中，触发脉冲的延迟通过改变锯齿波的斜率实现。通过增益调节实现对锯齿波斜率的改变，从而达到移相的目的。本文设计的数字触发器通过改变计数脉冲频率的方法来实现移相。

本文采用VHDL语言进行算法编程[2]，控制器采用Altera公司EP2C5T144C8。整个方案硬件分为：同步电路[3]、反馈环节、驱动部分。A、B、C三相的同步电路结构相同。同步电路[3]结构如图2所示。

同步电路由低通滤波器和限流电阻组成。由于低通滤波器的存在，会导致三相电的相移，由于后级每一个光耦的输入都是两路同步电路的输入。因此低通滤波器导致的相移可以抵消。要合理选择同步电路的参数，尤其是电容的参数，电容不易过大。电阻的选择要考虑与后端光耦的匹配。同步信号经过光耦隔离转换为数字信号后送入FPGA。

由于FPGA的IO标准是3.3V,因此要驱动晶闸管还需要进行放大处理。本电源中采用脉冲变压器。感应加热电源负载部分的IGBT逆变桥由DSP控制，DSP采用TMS320F2812,DSP控制IGBT逆变桥跟踪负载上的信号频率，监测IGBT的温度，根据IGBT的温度通过反馈环节给前端FPGA一个可控频率方波，从而确定移相角的大小，构成闭环系统。可控频率方波则直接决定着移相角的大小。

2.1算法介绍[3]

三相整流桥调功算法部分可以分为同步信号预处理、移相模块、脉冲配置模块三部分。

6路同步信号经过光耦隔离后转换为方波送入FPGA芯片内，由于光耦固有延迟的存在，所以光耦输出的方波信号边沿变化缓慢，如图3所示。