基于AVR的高精度CPSMc究
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目前，高頻感應加熱電源的功率調節具有直流側調功和逆變側調功兩種方式。逆變側調功方式有：脈沖頻率調制、移相調功、脈沖密度調制。但在輕載的情況下，以上方法會導致功率因數下降或輸出電流波動等情況。脈沖均勻密度調制(PSM)利用串聯諧振負載儲能，通過控制單位時間內開通和關斷的脈沖信號比例來調節輸出功率，并使脈沖信號均勻分布。即使在輕載時，逆變器輸出電流波動也很小，且輸出頻率不變，功率因數始終接近1，因此得到了較廣泛的應用。但傳統的PSM實現方式由邏輯門電路構建，結構復雜，且其精度等級只能達到1／16，難以適應高精度感應加熱場合。而單純采用軟件設計的方法，由于PSM控制算法復雜，難以提高逆變器工作頻率，且存在延遲失真現象。
為提高高頻感應加熱電源控制精度，提出一種CPSM控制方案。在傳統硬件控制電路基礎上，增加了基于ATmega8單片機的軟件控制，并利用該款單片機的10位高精度A／D轉換，將控制精度提升到傳統控制方式的64倍；針對AVR系列單片機在數據處理上存在的延遲，加入了預估算控制策略，從而保證了輸出控制信號時序穩定。
2 主電路及其工作原理
圖1為CPSM感應加熱電源主電路，它由三相不可控整流電路、濾波電路、單相逆變電路和串聯諧振電路組成。
圖中，VD1～VD6構成三相橋式不可控整流電路；L1，C1構成濾波電路，輸出平穩的直流電壓；V1～V4為IGBT開關器件，構成單相全橋逆變電路；VD1’～VD4’為快恢復反并聯二極管，C2～C5為功率開關器件的吸收電容(包括開關器件的結電容)；C6為隔直電容；T為變壓器；L0為等效電感；C0為串聯諧振電容；R0為等效負載電阻；V1，V2為主開關，根據輸出功率的大小進行均勻脈沖密度控制；V3，V4始終交替開關，為負載回路提供續流。逆變器輸出頻率固定，工作在串聯諧振狀態，實現了ZCS和ZVS軟開關。
3 CPSM控制原理與實現
3．1 CPSM控制系統的整體結構
圖2為控制系統的整體框圖，以ATmega8芯片和PSM硬件電路作為系統核心，包括PI調節電路、頻率跟蹤電路、驅動和檢測電路。
三相整流、濾波、逆變電路和負載構成了系統主電路，逆變器承擔了逆變和功率調節兩項任務。PSM硬件電路可產生以16個脈沖為一個周期的控制信號(即精度為1／16)，并經驅動電路控制逆變器，實現功率調節。給定功率與反饋值比較后經PI調節器將模擬控制量輸入到ATmega 8芯片中，ATmega8根據A／D轉換后的數字量對PSM硬件電路的各個周期單獨控制，從而實現了精度提升。頻率跟蹤電路保證了CPSM控制信號基準頻率與負載諧振頻率相同，使電路工作在串聯諧振狀態。
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