[发明专利]一种数字化并联感应加热电源双DSP+FPGA体系结构及方法

权利要求书

1.一种数字化并联感应加热电源双DSP+FPGA体系结构，其特征是：包括：主电路、控制电路、核心控制电路，所述核心控制电路通过控制电路与主电路相连；

所述主电路包含：三相全控整流电路、平波电抗器、桥式逆变电路、LC并联谐振回路；

所述控制电路包含：逆变反馈电路、保护检测电路、直流电压电流功率设定检测电路、能量监控及手持操作器；

所述核心控制电路为双DSP+FPGA体系结构，由微处理器DSP芯片Ⅰ、微处理器DSP芯片Ⅱ、FPGA芯片组成，电连接微处理器DSP芯片Ⅱ的微处理器DSP芯片Ⅰ输入端与保护检测电路电连接，微处理器DSP芯片Ⅰ的功率设定端、缺相报警端与FPGA芯片对应端相连，所述微处理器DSP芯片Ⅱ的IGBT逆变脉冲产生端与FPGA芯片的IGBT逆变脉冲对应端相连；

其中DSP芯片Ⅰ的设定检测端通过模数转换电路A/D与直流电压电流功率设定检测电路相连；DSP芯片Ⅰ的通讯端通过232通讯模块与能量监控及手持操作器相连；

其中微处理器DSP芯片Ⅱ的输入端通过逆变反馈电路与LC并联谐振回路相连；

其中FPGA芯片的SCR触发脉冲端与三相全控整流电路相连，所述三相全控整流电路输入端连接三相交流电源AC，三相交流电源AC的三相交流同步信号与FPGA芯片的三相交流同步信号端相连；其中FPGA芯片的IGBT触发脉冲端与桥式逆变电路相连。

2.根据权利要求1所述的一种数字化并联感应加热电源双DSP+FPGA体系结构，其特征是：所述保护检测电路由霍尔传感器、分流器、水压传感器、温度传感器构成，霍尔传感器、分流器、水压传感器、温度传感器通过信号线与微处理器DSP芯片Ⅰ相连。

3.一种用于并联感应加热电源的数字化双DSP+FPGA体系结构的工作方法，其特征是：其步骤如下：

1）、具有用于三相全控整流脉冲信号的产生、IGBT逆变脉冲信号的产生、系统状态的监测、与能量监控及手操通信的核心控制电路；

2）、将核心控制电路与并联感应加热电源的主电路电连接；核心控制电路与保护检测电路的霍尔传感器、分流器、水压传感器、温度传感器电连接；

3）、主电路采用由晶闸管组成的三相全控整流电路,整流输出可调节的直流电压范围：0~500V；

4）、调节的直流电压经平波电抗器后送至由IGBT组成的桥式逆变电路；负载采用LC并联谐振回路，逆变输出最终经负载变压器送至感应器，对工件进行加热；当检测到异常的报警信号，传递给DSP-I，DSP-I工作方式具体如下：

第一，通过A/D采样检测后的直流电压、直流电流送往工业触摸屏，即能量监控及手操，实时显示电源直流电压、直流电流状态；在触摸屏中计算功率并显示，记录历史曲线用以判断所加工工件是否合格； DSP-I与工业触摸屏的通信应用屏蔽线，同时采用了232电平+ModBus的通信方式，提高抗干扰能力；另外DSP-I通过A/D检测功率电位器的设定值，将检测到的值分100档传给FPGA，用以实现不同的工作电压即功率；并且在FPGA检测到三相交流电缺相时，接收缺相报警信号，停止电源工作；

第二，如果报警检测电路检测到直流过压、过流、冷却水压过高过低、冷却水超温、交流过压故障，DSP-I接收这些故障信号，停止电源工作，并将这些信息传递给能量监控及手操；

第三，将检测到功率电位器的值或者通过能量监控及手操设定的功率值，在DSP-I芯片内部程序中进行平滑数字滤波；并且在电源大功率工作时，使功率逐渐抬升，然后传递给FPGA，用以产生三相全控移相脉冲，以免瞬间的高电压、大电流对电源形成冲击，实现软启动；软启动时间在200ms的时间内完成；

5）、并联感应加热电源对逆变的频率由LC并联谐振电路决定，并且采用数字锁相环DSP-II芯片，以产生IGBT逆变触发脉冲，稳定谐振频率，保护IGBT逆变桥；

当谐振频率发生变化时，频率的变化由逆变反馈电路，送入DSP-II，利用数字锁相环使DSP-II产生的IGBT逆变脉冲的频率与谐振频率相一致，实现逆变频率的自动跟踪锁频即频率自适应；

6）、FPGA芯片具有用于三相整流的移相触发电路和IGBT逆变脉冲分配电路，

所述移相触发电路对降压整形后的三相同步信号和DSP-I给定的功率设置参数，产生6路晶闸管移相触发脉冲，控制晶闸管的导通角，用以调整整流输出电压即输出功率；每一路脉冲都采用双触发的PWM信号，以保证晶闸管不会漏触发；

所述IGBT逆变脉冲分配电路对DSP-II产生的两路IGBT触发脉冲分配成4路、8路或12路；

其中4路为IGBT单逆变桥的触发脉冲， 4路中的2路为对角桥臂的触发脉冲，另2路为另一个对角桥臂的触发脉冲，相互差半个逆变周期；

其中8路为双逆变桥的触发脉冲；

其中12路为三逆变桥的触发脉冲。

4.根据权利要求3所述的一种用于并联感应加热电源的数字化双DSP+FPGA体系结构的工作方法，其特征是：根据输出功率增减逆变桥的数量，采用IGBT分时导通方法，对2个逆变桥实现IGBT逆变频率的倍增，逆变频率达80KHz。