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80C196MC在中頻感應(yīng)電源中的應(yīng)用
摘要：針對(duì)晶閘管中頻電源，提出了一種基于80C196MC的逆變控制電路，給出了該構(gòu)思的硬件和軟件設(shè)計(jì)。通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，證明該電路很好地實(shí)現(xiàn)了電源的掃頻式零電壓軟啟動(dòng)和正常工作時(shí)槽路諧振頻率的跟蹤，而且簡(jiǎn)單實(shí)用，啟動(dòng)成功率高，可靠性和通用性得到改善。1 概述
隨著工業(yè)的發(fā)展，中頻電源的應(yīng)用也日益廣泛，如在金屬熔煉、透熱、熱處理、焊接等方面，其工作方式多采用并聯(lián)逆變，結(jié)構(gòu)如圖1所示。其工作原理為采用三相橋式全控整流電路將交流電整流為直流電，經(jīng)電抗器平波后，成為一個(gè)恒定的直流電流源，再經(jīng)單相逆變橋，把直流電流逆變成一定頻率的單相中頻電流。負(fù)載是由感應(yīng)線圈和補(bǔ)償電容器組成的，連接成并聯(lián)諧振電路。目前市場(chǎng)上的中頻電源，其逆變部分控制電路多采用模擬元器件，電路復(fù)雜，控制參數(shù)難以調(diào)整，因而通用性差。本文采用Intel公司80C196MC微控制器構(gòu)成逆變控制電路，較好地克服了以上弊端，簡(jiǎn)化了電路，控制參數(shù)可以調(diào)節(jié)并顯示，大大提高了中頻電源的可靠性和通用性。
2 80C196MC微控制器簡(jiǎn)介
80C196MC微控制器具有適合于PWM逆變器、變頻器及電機(jī)高速控制所需的許多特性。它由一個(gè)C196核心、一個(gè)三相波形發(fā)生器WFG、一個(gè)多通道A／D轉(zhuǎn)換器及其他片內(nèi)外設(shè)（如兩個(gè)定時(shí)器、一個(gè)事件處理門陣列EPA、兩個(gè)通用PWM模塊）等構(gòu)成。其C196核心包含512字節(jié)的寄存器RAM，其中的絕大部分可為用戶程序所用。80C196MC對(duì)片內(nèi)外設(shè)的操作全部是通過存取相應(yīng)的專用寄存器（SFR）來完成的。
中頻電源逆變控制的核心任務(wù)就是跟蹤槽路的諧振頻率，不斷地調(diào)整逆變脈沖的頻率。80C196MC內(nèi)置的波形發(fā)生器使之能高效、可靠地完成逆變脈沖變頻任務(wù)。WFG具有3個(gè)同步的PWM模塊，能產(chǎn)生3對(duì)同載波、同操作方式、等死區(qū)時(shí)間，但脈寬相互獨(dú)立的PWM波形。能以載波頻率重載脈寬等數(shù)據(jù)，并向CPU定時(shí)提出中斷申請(qǐng)。WFG具有4種操作方式，常用的是中心對(duì)準(zhǔn)方式0。WFG的功能配置及脈寬調(diào)制是通過設(shè)置其專用寄存器來完成的：控制寄存器WG_CON定義WFG的操作方式，并設(shè)置死區(qū)時(shí)間；輸出配置寄存器WG_OUT定義WFG各引腳的有效狀態(tài)；WG_RELOAD設(shè)置三角載波頻率；相比較寄存器WG_COMPx（x=1，2，3）設(shè)置各相脈沖寬度；保護(hù)寄存器WG_PROTECT配置WFG的保護(hù)功能。逆變脈沖變頻的實(shí)現(xiàn)就是在WFG的專用寄存器中設(shè)置WG_RELOAD以產(chǎn)生合適的載波頻率。
圖3
3 基于80C196MC的逆變控制器設(shè)計(jì)
根據(jù)中頻電源的工作原理，逆變控制器的功能主要是實(shí)現(xiàn)電源的掃頻式零電壓軟啟動(dòng)和正常工作時(shí)槽路諧振頻率的跟蹤。
掃頻式零電壓軟啟動(dòng)是一種新型的啟動(dòng)方式，其過程如下：在逆變電路啟動(dòng)前，以一個(gè)高于槽路諧振頻率的他激信號(hào)從高向低掃描，去觸發(fā)逆變晶閘管。當(dāng)他激信號(hào)頻率下降到接近槽路諧振頻率時(shí)，中頻電壓便建立起來。啟動(dòng)成功后逆變控制電路自動(dòng)跟蹤槽路諧振頻率，使設(shè)備進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。如果他激信號(hào)頻率下降至最低，中頻電壓仍未建立，則他激信號(hào)恢復(fù)到最高值，重復(fù)上述啟動(dòng)過程，直至啟動(dòng)成功。整個(gè)啟動(dòng)過程中將直流電壓限定在較低的水平，以減小沖擊。該啟動(dòng)方式無需輔助裝置，電路簡(jiǎn)單，啟動(dòng)成功率高。
槽路諧振頻率的跟蹤實(shí)現(xiàn)方法如下：通過檢測(cè)電路取出中頻電壓、中頻電流的過零點(diǎn)，比較得出二者的相位差，即負(fù)載的阻抗角φ。當(dāng)φ大于設(shè)定值時(shí)，降低逆變觸發(fā)信號(hào)的頻率；當(dāng)φ小于設(shè)定值時(shí)，升高逆變觸發(fā)信號(hào)的頻率。這樣就可以自動(dòng)跟蹤槽路阻抗特性的改變，從而保證負(fù)載一直工作在接近諧振狀態(tài)。由于采用了數(shù)字電路，系統(tǒng)的抗干擾性增強(qiáng)，電路簡(jiǎn)化，參數(shù)設(shè)定調(diào)節(jié)方便。
3.1 硬件設(shè)計(jì)
硬件電路總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。根據(jù)功能要求，控制器的輸入輸出信號(hào)主要有中頻電壓、中頻電流過零信號(hào)，功率自動(dòng)控制部分產(chǎn)生的逆變角調(diào)節(jié)信號(hào)，啟動(dòng)時(shí)的直流電壓限幅信號(hào)，啟動(dòng)失敗關(guān)機(jī)信號(hào)，與其它控制設(shè)備通信信號(hào)，人機(jī)對(duì)話數(shù)據(jù)信號(hào)等。
中頻電壓過零檢測(cè)電路如圖3所示。中頻電壓由1000∶20電壓互感
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