一種單片機控制高頻感應加熱電源的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明主要涉及高頻感應加熱電源技術領域，尤其是指一種單片機控制高頻感應加熱電源。
【背景技術】
[0002]紙基液體無菌灌裝生產過程中，需要對包裝材料進行封口加工，使其形成固定形狀的密閉容器，以方便液體的保存和運輸，目前采用的封口方法是，通過高頻感應加熱電源對紙基包裝材料封口處進行加熱，高頻感應加熱電源將熱量傳導給紙基包裝材料封口處的PE薄膜層，讓其熔化，同時在封口處施加壓力，使得PE薄膜層相互融合，形成封口。利用電磁高頻感應加熱電源對紙基包裝材料進行封口時，通過選擇合適的高頻輸出功率、高頻持續(xù)時間(即加熱時間)和封口壓力等參數，可以獲得良好的封口密閉性和生產效率。高頻感應加熱電源為紙基包裝材料封口加工提供快速和精準的加熱電源，其性能好壞，直接影響紙基包裝材料封口的質量和生產效率。
[0003]目前用于紙基包裝材料封口的高頻感應加熱電源通常采用金屬氧化膜絕緣柵極晶體管(MOSFET)與電容和電感等器件組成諧振式逆變主電路，由集成運算放大器為主要器件組成模擬控制器，對諧振式逆變主電路進行逆變頻率和輸出功率的調節(jié)與控制，其主要存在的問題是一致性和穩(wěn)定性較差，受到電路其他元器件的精度、工作環(huán)境的溫度等等多種因素的影響，容易產生工作點漂移，因此需要采取大量的補償電路來抑制漂移，從而增加了電路復雜性，可維護性差。且目前的高頻感應加熱電源工作在變頻單級功率調節(jié)方式，當需改變逆變主電路的輸出功率時，是直接通過改變逆變頻率偏離諧振電路的固頻率的遠、近來改變逆變主電路輸出的電壓與電流的幅值和相位差的大、小，從而改變逆變主電路的輸出功率的，而改變逆變頻率會引起電壓與電流的幅值和相位差兩個輸出量的同時變化，因此，該工作方式功率調節(jié)曲線線性差(呈非線性狀態(tài))，逆變頻率偏離諧振電路的固有頻率工作，逆變器開關管不能實現零電壓開關，因此造成功耗增大，逆變效率降低等問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明主要涉及一種單片機控制高頻感應加熱電源，該電源采用單片機控制實現功率調節(jié)，電路簡單，可維護性好，且功率調節(jié)線性度好和精確度高，并可使逆變頻率始終工作在諧振電路的固有頻率附近，可實現逆變器開關管的零電壓開關，減少了逆變器開關管的損耗，提高了逆變效率。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案為:
[0006]—種單片機控制高頻感應加熱電源，包括依次連接的電磁干擾濾波電路、工頻整流電路、工頻濾波電路、斬波電路、斬波濾波電路、逆變電路、諧振電路以及加熱負載電路，該電磁干擾濾波電路的輸入端接入電網三相電源，還包括相位監(jiān)測電路、環(huán)路濾波電路、功率運算電路和單片機控制單元，該單片機控制單元包括電壓電流采樣ADC、比較器、功率采樣ADC、功率補償器、電壓補償器、電壓調整DPWM、相位采樣ADC、相位補償器、相位調整DPWM，其中，在該斬波濾波電路的輸出端設有第一電流采樣裝置、第一電壓采樣裝置，該第一電流采樣裝置、第一電壓采樣裝置均與該電壓電流采樣ADC的輸入端連接，該電壓電流采樣ADC、比較器、電壓調整DPWM、斬波電路依次連接，該電壓電流采樣ADC、電壓補償器、電壓調整DPWM、斬波電路依次連接，在諧振電路的輸出端設有第二電流采樣裝置、第二電壓采樣裝置，該第二電流采樣裝置、第二電壓采樣裝置均與該功率運算電路的輸入端連接，該功率運算電路、功率采樣ADC、功率補償器、電壓補償器依次連接;且該第二電流采樣裝置、第二電壓采樣裝置均與該相位監(jiān)測電路的輸入端連接，該相位監(jiān)測電路、環(huán)路濾波電路、相位采樣ADC、相位補償器、相位調整DPWM、逆變電路依次連接。
[0007]本發(fā)明提供的單片機控制的高頻感應加熱電源，由第二電流采樣裝置、第二電壓采樣裝置對諧振電路的輸出電壓和輸出電流進行信號采樣，采樣后的信號經相位監(jiān)測電路計算出相位差信號，通過環(huán)路濾波電路平滑處理，經由相位采樣ADC量化為數字量，經相位補償器進行數字運算，計算出為縮小諧振電路的輸出電壓與輸出電流的相位差所需的逆變電路下一周期的工作頻率值，結果由相位調整DPffM輸出，并驅動逆變電路工作，形成諧振電路相位跟蹤閉環(huán)控制，實現相位跟蹤控制功能，從而使高頻感應加熱電源始終穩(wěn)定在諧振電路的固有頻率附近，大大提高了工作的穩(wěn)定性；另外，由第二電流采樣裝置、第二電壓采樣裝置采集到的諧振電路的輸出電壓、輸出電流通過功率運算電路后轉換成相應的功率信號，該功率信號經由功率采樣ADC進行數字量化，量化結果數字功率值作為功率補償器的運算依據，計算出功率調整值，送入電壓補償器進行運算，而第一電流采樣裝置、第一電壓采樣裝置對斬波電路的輸出電壓和輸出電流進行信號采樣，采樣后的信號由電壓電流采樣ADC進行數字量化，并經比較器、電壓調整DPffM進行過壓過流保護，且經電壓電流采樣ADC數字化的斬波電路輸出電壓信號數字量化值送入電壓補償器進行運算，電壓補償器根據功率調整值和斬波電路輸出電壓信號數字量化值計算出下一周期斬波電路開關管的導通比，即脈沖寬度，由電壓調整DPWM進行輸出，并驅動斬波電路工作，通過調電壓實現對功率調節(jié)，實現了輸出功率的數字閉環(huán)控制，從而獲得良好的功率調節(jié)線性度和精確度。本發(fā)明采用了定頻率調電壓的兩級功率調整方式，從而使逆變電路始終工作在諧振電路固有頻率附近，減少了逆變器開關管的損耗，提高了逆變效率。
[0008]斬波濾波電路包括相互串聯的第一電感LI和第一電容Cl，其中，逆變電路與斬波濾波電路的連接點設置在第一電容Cl的兩端;諧振電路包括第二電感L2、第二電容C2、第三電容C3和隔離變壓器T，其中，該第二電感L2、第二電容C2、第三電容C3相串聯，該隔離變壓器T的一端與該第三電容C3并聯，該隔離變壓器T的另一端與加熱負載電路連接。
[0009]第一電壓采樣裝置包括第一電阻Rl和第二電阻R2，第一電阻Rl的一端與第二電阻R2的一端連接，第一電阻Rl的另一端、第二電阻R2的另一端分別與第一電容Cl的兩端相連接，該電壓電流采樣ADC的電壓采樣端設置在第一電阻Rl和第二電阻R2之間，第一電流采樣裝置為設在第一電容Cl與第二電阻R2之間的電流變壓器CTl。
[0010]第二電流采樣裝置為設在逆變電路與第三電容C3之間的電流變壓器CT2，第二電壓采樣裝置包括相并聯的第三電阻R3和繞組，該繞組與隔離變壓器T連接，該第三電阻R3的一端接地，該第三電阻R3的另一端為第二電壓采樣裝置的輸出端。
[0011]在電磁干擾濾波電路的輸出端與單片機控制單元之間設有缺相檢查電路。該缺相檢查電路檢測通過電磁干擾濾波電路處理后的電網三相電源，檢測結果饋入單片機控制單元，當三相輸入中任何一相電壓缺相時，缺相檢查電路輸出缺相告警信號給單片機控制單元，該單片機控制單元對應作出相應的處理，以保證電路安全。
[0012]在單片機控制單元上外接有+24V電源，該+24V電源通過開關穩(wěn)壓電源電路與單片機控制單元連接。開關穩(wěn)壓電源電路對外部輸入的+24V電源進行降壓、穩(wěn)壓、濾波處理，從而為單片機控制單元和其他功能電路提供穩(wěn)定的電源電壓。
[0013]在單片機控制單元上設有通信接口。單片機控制單元通過通信接口與其他控制器進行聯系，實現更多控制與監(jiān)測功能，如工作參數的設定，工作狀態(tài)的讀取等等。
[0014]本發(fā)明所帶來的有益效果為:
[0015]1、本發(fā)明通過單片機控制單元實現了諧振電路的相位數字閉環(huán)跟蹤控制，從而使感應加熱電源輸出頻率始終穩(wěn)定在諧振電路的固有頻率附近，大大提高了工作的穩(wěn)定性；
[0016]2、本發(fā)明通過單片機控制單元實現了輸出功率的數字閉環(huán)控制，從而獲得良好的功率調節(jié)線性度和精確度；
[0017]3、本發(fā)明采用定頻率調電壓的兩級功率調整方式，從而使逆變頻率始終穩(wěn)定在諧振電路的固有頻率附近，減少了逆變器開關管的損耗，提高了高頻感應電壓的效率，提高了加熱負載電路的功率因數；
[0018]4、本發(fā)明結構簡單，控制有效，能夠很好的自動適應不同加熱負載電路的阻抗和固有頻率的變化，提高紙基包裝材料的封口質量和生產效率。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)原理框圖；
[0020]附件標記:
[0021 ] 1、電磁干擾濾波電路;2、工頻整流電路;3、工頻濾波電路;4、斬波電路;5、逆變電路;6、加熱負載電路;7、缺相檢查電路;8、電壓調整DP麗;9、比較器；10、電壓電流采樣ADC、
11、相位調整DPffM; 12、相位補償器;13、相位采樣ADC; 14、環(huán)路濾波電路;15、相位監(jiān)測電路；16、功率運算電路；17、功率采樣ADC; 18、功率補償器；19、電壓補償器;20、通信接口； 21、開關穩(wěn)壓電源電路;22、單片機控制單元。
【具體實施方式】
[0022]—種單片機控制高頻感應加熱電源，包括依次連接的電磁干擾濾波電路1、工頻整流電路2、工頻濾波電路3、斬波電路4、斬波濾波電路、逆變電路、諧振電路以及加熱負載電路6，該電磁干擾濾波電路I的輸入端接入電網三相電源ABC，還包括相位監(jiān)測電路15、環(huán)路濾波電路14、功率運算電路16和單片機控制單元22，該單片機控制單元22包括電壓電流采樣ADC10、比較器9