基于DSP芯片TMS320LF2407A的超聲電源系統的控制電路

　　本文利用高速TMS320LF2407A型DSP控制芯片設計了系統的控制電路，采用全橋逆變器作為超聲振動系統的功率轉換主電路，解決由于負載溫度變化等原因產生諧振頻率的漂移，保證系統的高效率。這里研究了粗精復合的頻率跟蹤方案，采用掃頻方法實現頻率粗跟蹤，采用硬件鎖相環實現精跟蹤。這兩種方法的結合既保證在較寬的頻率變化范圍內實現頻率自動跟蹤，又保證跟蹤的快速、準確。為適應負載變化的要求，采用軟開關的PS-PWM控制方法，使系統的輸出功率連續可調。

　　1 主電路拓撲分析

　　超聲電源的主電路采用全橋逆變拓撲結構，如圖1所示。其中：Z1～Z4為功率主開關管;D1～D4為Z1～Z4內部反并聯寄生二極管;C1～C4為外接并聯電容或者功率管的寄生電容;T為高頻脈沖變壓器;L0為串聯調諧匹配電感;PZT為超聲換能器。

　　逆變器部分利用功率管寄生電容和并聯電容，以及變壓器的漏感實現軟開關零電壓移相控制(ZVS-PSP-WM)的方式。零電壓開關是依靠功率開關管反并聯二極管的導通實現功率器件零電壓開通;通過功率諧振電容的充電過程來實現功率器件的零電壓關斷。

　　在一個開關周期內，移相控制有12種開關模塊，在分析之前，做出如下假設：

　　(1)電路中所有的開關器件Z1～Z4和與其反并聯二極管D1～D4均為理想開關器件;

　　(2)所有的電感、電容為理想元件且不考慮線路的雜散電感值;

　　(3)不考慮死區加入對逆變器工作的影響;

　　(4)逆變器的輸入電壓為恒定電壓源。

　　移相控制逆變器的4個開關管驅動波形如圖2所示。逆變器每個橋臂的2個功率管成180°互補導通，2個橋臂的導通角相差1個相位，即移相角。Z1，Z2為定相臂，Z3，Z4為移相臂。其中Z1和Z2分別先于Z3和Z4導通，移相角為φ，調節φ大小即可改變逆變器的輸出電壓，從而調節輸出的正弦波電流幅值，使得輸出功率可以調節。

　　逆變器的工作過程中，功率開關管的導通和關斷時間恒定。同一橋臂的兩個開關管導通和關斷，需要一定的延時時間，防止上下橋臂直通，保證開關管的安全。