基于CPLD的脉冲密度功率调节高频逆变电源

目前，高频感应加热电源的输出功率调整主要是通过改变逆变器的输出频率或改变逆变器的输入直流电压方式来实现的。改变逆变器的输出频率实现输出功率的调节是目前普遍采用的一种功率调节方式，其缺点是逆变器的负载为感性，特别是在轻载时，逆变器的输出功率因数很低，开关损耗大。通过控制逆变器实现功率控制就能改变这一缺点。脉冲密度调制(Pulse Density Modulated，PDM)DC／AC逆变器是利用串联谐振负载的储能，对逆变器的开关采用脉冲群控制的方式，在一个周期内通过控制连续开通脉冲信号和连续关断脉冲信号的比例(占空比)来控制输出功率。传统的PDM实现方式是用许多计数器以及一些PWM专用芯片来实现的，这种方法稳定成熟，但控制电路复杂。在此提出了一种用CPLD来实现脉冲均匀调制的方法。这种方法简单易行，开发周期短，电路简单，体积小，频率跟踪范围宽，开关管可工作在零电流关断(ZCS)和零电压开通(ZVS)状态 在当前的工业应用中，高频逆变电源因其高效能、小体积和良好的动态响应特性而被广泛应用于高频感应加热。随着技术的发展，对逆变电源的性能要求越来越高，特别是在输出功率的精确控制方面。传统通过改变逆变器的输出频率或输入直流电压方式实现的功率调节方法，在轻载条件下存在功率因数低和开关损耗大的问题，限制了逆变电源的应用范围和效率。为解决这一问题，基于CPLD的脉冲密度功率调节技术应运而生，成为现代高频逆变电源研究的新焦点。 CPLD（复杂可编程逻辑器件）因其高度的灵活性、快速的设计和实现周期以及高集成度的特点，特别适合于实现复杂逻辑控制功能。在高频逆变电源中采用CPLD作为主控芯片，可以有效简化控制电路，提升电源系统的性能和可靠性。与传统的基于计数器和PWM专用芯片的PDM实现方式相比，基于CPLD的PDM技术拥有体积更小、频率跟踪范围更宽、开关管能够工作在零电流关断(ZCS)和零电压开通(ZVS)状态的优点，极大降低了开关损耗，提高了逆变电源的效率。 本文详细探讨了基于CPLD的脉冲密度功率调节高频逆变电源的设计与实现。文章介绍了高频逆变电源在输出功率调节方面的传统方法，并指出了这些方法的不足。接着，文章阐述了PDM技术的基本原理，即通过调整逆变器开关管的占空比来控制输出功率，该技术的核心在于精确地控制开关管的导通和关断，从而实现功率的精细调节。 文章还详细描述了基于CPLD的PDM技术的具体实现方法。通过Altera MAXⅡ EPM1270芯片，充分发挥了CPLD的高逻辑密度优势，不仅能够实现频率跟踪、驱动、检测及显示功能，而且可以通过编程生成所需的控制信号，从而实现对逆变器输出的精确控制。具体而言，利用CPLD中的分频器进行不同组合，产生了多种不同的功率级别，通过这些预设的功率级别，可以灵活地调整逆变器的输出功率，达到精确控制的目的。 在电路结构方面，该逆变电源主要包括三相不可控整流电路、滤波电路、逆变电路和串联谐振电路。其中，CPLD作为主控芯片，承担了至关重要的角色，它不仅负责产生驱动IGBT的脉冲信号，还确保上下桥臂的开关管不会同时导通，这是保证逆变器正常工作的关键。逆变电路的核心是IGBT（绝缘栅双极晶体管），它由CPLD精确控制，保证了逆变器的高效和稳定运行。 基于CPLD的PDM技术为高频逆变电源的功率调节提供了革命性的解决方案，不仅克服了传统方法的缺陷，还大幅提高了逆变电源的性能和效率。该技术的实用化为高频感应加热电源领域的发展注入了新的活力，预示着未来高频逆变电源技术的发展方向。随着技术的进一步完善和应用的不断扩展，基于CPLD的脉冲密度功率调节技术将在更多领域展现其独特的优势。