80C196MC在中頻感應電源中的應用

摘要：針對晶閘管中頻電源，提出了一種基于80C196MC的逆變控制電路，給出了該構思的硬件和軟件設計。通過對試驗結果進行了分析，證明該電路很好地實現(xiàn)了電源的掃頻式零電壓軟啟動和正常工作時槽路諧振頻率的跟蹤，而且簡單實用，啟動成功率高，可靠性和通用性得到改善。

1 概述

隨著工業(yè)的發(fā)展，中頻電源的應用也日益廣泛，如在金屬熔煉、透熱、熱處理、焊接等方面，其工作方式多采用并聯(lián)逆變，結構如圖1所示。其工作原理為采用三相橋式全控整流電路將交流電整流為直流電，經電抗器平波后，成為一個恒定的直流電流源，再經單相逆變橋，把直流電流逆變成一定頻率的單相中頻電流。負載是由感應線圈和補償電容器組成的，連接成并聯(lián)諧振電路。目前市場上的中頻電源，其逆變部分控制電路多采用模擬元器件，電路復雜，控制參數難以調整，因而通用性差。本文采用Intel公司80C196MC微控制器構成逆變控制電路，較好地克服了以上弊端，簡化了電路，控制參數可以調節(jié)并顯示，大大提高了中頻電源的可靠性和通用性。

2 80C196MC微控制器簡介

80C196MC微控制器具有適合于PWM逆變器、變頻器及電機高速控制所需的許多特性。它由一個C196核心、一個三相波形發(fā)生器WFG、一個多通道A／D轉換器及其他片內外設（如兩個定時器、一個事件處理門陣列EPA、兩個通用PWM模塊）等構成。其C196核心包含512字節(jié)的寄存器RAM，其中的絕大部分可為用戶程序所用。80C196MC對片內外設的操作全部是通過存取相應的專用寄存器（SFR）來完成的。

中頻電源逆變控制的核心任務就是跟蹤槽路的諧振頻率，不斷地調整逆變脈沖的頻率。80C196MC內置的波形發(fā)生器使之能高效、可靠地完成逆變脈沖變頻任務。WFG具有3個同步的PWM模塊，能產生3對同載波、同操作方式、等死區(qū)時間，但脈寬相互獨立的PWM波形。能以載波頻率重載脈寬等數據，并向CPU定時提出中斷申請。WFG具有4種操作方式，常用的是中心對準方式0。WFG的功能配置及脈寬調制是通過設置其專用寄存器來完成的：控制寄存器WG_CON定義WFG的操作方式，并設置死區(qū)時間；輸出配置寄存器WG_OUT定義WFG各引腳的有效狀態(tài)；WG_RELOAD設置三角載波頻率；相比較寄存器WG_COMPx（x=1，2，3）設置各相脈沖寬度；保護寄存器WG_PROTECT配置WFG的保護功能。逆變脈沖變頻的實現(xiàn)就是在WFG的專用寄存器中設置WG_RELOAD以產生合適的載波頻率。

圖3

3 基于80C196MC的逆變控制器設計

根據中頻電源的工作原理，逆變控制器的功能主要是實現(xiàn)電源的掃頻式零電壓軟啟動和正常工作時槽路諧振頻率的跟蹤。

掃頻式零電壓軟啟動是一種新型的啟動方式，其過程如下：在逆變電路啟動前，以一個高于槽路諧振頻率的他激信號從高向低掃描，去觸發(fā)逆變晶閘管。當他激信號頻率下降到接近槽路諧振頻率時，中頻電壓便建立起來。啟動成功后逆變控制電路自動跟蹤槽路諧振頻率，使設備進入穩(wěn)態(tài)運行。如果他激信號頻率下降至最低，中頻電壓仍未建立，則他激信號恢復到最高值，重復上述啟動過程，直至啟動成功。整個啟動過程中將直流電壓限定在較低的水平，以減小沖擊。該啟動方式無需輔助裝置，電路簡單，啟動成功率高。

槽路諧振頻率的跟蹤實現(xiàn)方法如下：通過檢測電路取出中頻電壓、中頻電流的過零點，比較得出二者的相位差，即負載的阻抗角φ。當φ大于設定值時，降低逆變觸發(fā)信號的頻率；當φ小于設定值時，升高逆變觸發(fā)信號的頻率。這樣就可以自動跟蹤槽路阻抗特性的改變，從而保證負載一直工作在接近諧振狀態(tài)。由于采用了數字電路，系統(tǒng)的抗干擾性增強，電路簡化，參數設定調節(jié)方便。

3.1 硬件設計

硬件電路總體結構如圖2所示。根據功能要求，控制器的輸入輸出信號主要有中頻電壓、中頻電流過零信號，功率自動控制部分產生的逆變角調節(jié)信號，啟動時的直流電壓限幅信號，啟動失敗關機信號，與其它控制設備通信信號，人機對話數據信號等。

中頻電壓過零檢測電路如圖3所示。中頻電壓由1000∶20電壓互感

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