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 本文探讨了基于CPLD（复杂可编程逻辑器件）的脉冲密度功率调节技术在高频逆变电源中的应用。高频感应加热电源的功率调整通常通过改变逆变器的输出频率或输入直流电压来实现，但这些方法在轻载时存在功率因数低和开关损耗大的问题。脉冲密度调制（PDM）技术则通过控制开关管的占空比在一个周期内调整连续开通和关断脉冲的比例，以此控制输出功率。 传统的PDM实现依赖于计数器和PWM专用芯片，导致电路复杂。文章提出了一种创新的CPLD实现方法，这种方法简化了控制电路，缩短了开发周期，同时具有体积小、频率跟踪范围宽的优点。CPLD控制下的开关管可以工作在零电流关断（ZCS）和零电压开通（ZVS）状态，提高了效率并降低了损耗。 电路结构方面，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。CPLD作为主控芯片，负责频率跟踪、驱动、检测及显示功能。逆变器的开关管IGBT由CPLD控制，确保上下桥臂的开关管不会同时导通，防止逆变失败。 脉冲密度控制功率原理基于控制脉冲数量来调节功率输出。例如，4个分频器（2分频、4分频、8分频、16分频）的不同组合产生16个不同的功率级别。通过调整开关管的工作状态，控制逆变器的输出功率，从而达到精确的功率调节目的。 CPLD的实现策略利用Altera MAXⅡ EPM1270芯片，该芯片拥有丰富的逻辑元件，能够高效地实现脉冲密度控制策略。通过编程CPLD，可以灵活地生成不同功率级别的控制信号，实现对逆变器输出的精确控制。 基于CPLD的PDM技术为高频逆变电源提供了更优的功率调节方案，解决了传统方法在轻载条件下的效率问题，并简化了控制电路设计。这种方法不仅提高了系统的性能，还降低了成本，对于高频感应加热电源领域的发展具有重要意义。