[发明专利]一种基于采样法的高频感应加热电源频率跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种基于采样法的高频感应加热电源频率跟踪控制方法，包括1)设定感应加热电源初始频率为f＝f₀，启动电源工作；2)设定参数Δx0；3)以电源输出方波信号y为触发信号，触发CPU的AD采样，采集正弦波信号x，并获取采样值x₁；通过采样值x₁的符号直接识别频率跟踪控制方向；4)求取采样偏差值Δx₁＝x₁‑Δx；通过设定值Δx来实现电源系统的弱容性或弱感性控制；5)将采样偏差值Δx₁送入比例积分调节器，积分调节器输出频率补偿信号Δf；6)将Δf与f相叠加，实时更新电源频率f＝f+Δf；7)进入下一个y控制周期，返回步骤2)。本发明有效解决了现有基于相位检测法的数字化频率跟踪控制算法存在的结构复杂、占用较多CPU资源以及工程实现繁琐等技术问题。

技术领域

本发明涉及一种频率跟踪控制方法，特别涉及一种基于采样法的高频感应加热电源频率跟踪控制方法。

背景技术

在高频感应加热过程中，感应加热负载通常在运行中是复杂时变的，从而导致负载谐振频率的变化。此时，如果感应加热电源的频率固定不变，一方面，将导致感应加热电源的功率开关器件处于硬开关状态，增加了开关两端电压电流应力，并增加开关损耗；另一方面，导致系统无功增加，降低了加热电源工作效率，并增加输出波形纹波。因此，为了增强感应加热电源系统的运行效率和可靠性，必须使感应加热电源系统频率跟踪负载谐振频率，使加热电源始终工作在功率因数接近于1的准谐振状态，以适应负载参数随温度的变化。

目前，在高频感应加热领域，现有的频率跟踪控制技术主要包括分为模拟锁相技术和数字锁相技术两大类：

1)模拟锁相技术主要为基于集成锁相环电路CD4046的模数混合锁相环电路，在实际工程中获得了广泛的应用。此类方法的不足之处在于锁频范围窄，且由于模拟器件存在温漂、抗干扰能力差等缺点，当负载工况复杂或负载谐振频率变化较大时,容易造成锁相失败。

2)数字锁相技术主要为基于DSP或FPGA等数字化锁相控制技术，相对于模拟控制技术，数字锁相控制技术不仅在稳定性、可靠性性、抗干扰能等方面的优势，而且设计灵活，处理速度快。

通过大量文献资料分析总结，基于数字化锁相环的现有频率跟踪控制技术通常以相位检测法为主，其基本原理为：实时检测感应加热电源输出电压和电流的相位差，并通过PI调节器控制该相位差为零来进行频率的实时跟踪控制。该方法通常包括：①电压电流相位检测、②电压电流相位差检测、③低通滤波、④相位差符号识别、⑤PI调节和⑥频率控制等几个模块组成。其中：①电压电流相位检测环节主要采用过零比较器将电压或电流高频正弦信号转变成方波信号；②电压电流相位差检测环节主要是通过异或电路或者同或电路获取电压电流方波信号的相位差；③低通滤波器主要用来获取相位差平均值；④相位差符号识别环节用来判断电压超前或滞后电流，从而决定频率控制的方向；⑤PI调节主要用来控制相位差为零；⑥频率控制环节用来实时更新高频感应加热电源的实际输出频率。可见，此类方法中，无论是基于DSP的混合数字锁相环技术还是基于FPGA的全数字化锁相环技术，不足之处均在于锁频控制的环节较多，电路或算法实现复杂。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种基于采样法的高频感应加热电源频率跟踪控制方法，能够解决现有基于相位检测法的数字化频率跟踪控制算法结构复杂、稳定性不高以及工程实现繁琐等技术问题。

本发明的目的是这样实现的：一种基于采样法的高频感应加热电源频率跟踪控制方法，包括以下步骤：

步骤1)设定感应加热电源初始频率为f＝f₀，启动电源工作；

步骤2)设定参数Δx0；

步骤3)以电源输出方波信号y为触发信号，触发CPU的AD采样，采集正弦波信号x，并获取采样值x₁；通过采样值x₁的符号直接识别频率跟踪控制方向；