基于DSP芯片TMS320LF2407A的超声电源系统的控制电路

在此采用TMS320LF2407A来实现PS-PWM算法，利用其EV产生PWM控制信号。功率控制程序的作用是通过将从负载处检测到的电流值与功率设定量相比较，其差值通过数字PI控制算法进行处理，进而得到所需要调整的移相角度θ值，结果返回主程序影响比较单元1(CMPRl)的设定值。PS-PWM功率控制算法如图5所示。

为了保证超声电源正常工作，除设计各种故障的硬件保护电路，同时采用软件保护。保护由硬件、软件共同实现，保证系统可靠运行。软件保护是通过对检测出的信号进行滤波采样后与DSP中断级别最高的XINT2相连接，当故障发生时，进入软件中断程序，封锁所有PWM脉冲输出，实现保护效果。中断保护程序流程如图6所示。

4 仿真及实验结果

基于以上理论分析及系统的硬件与软件设计，用PSpice软件对移相功率控制超声电源进行仿真。如图7、图8所示。

选取的超声换能器型号是DH-6160F-15S-3，其谐振频率为25 kHz，谐振阻抗为15Ω，静态电容为27000 pF，通过计算，其匹配电感为O.75 mH。图7、图8分别给出移相角分别为φ=0°，φ=45°时的输出电压u和输出电流i仿真波形。由仿真波形比较分析，当移相角φ逐渐增大，其输出电压脉宽逐渐减小，电流幅度逐渐减小，可见调节φ的大小即可以实现输出功率的调节。另外，功率管工作在ZVS软开关状态，降低了开关损耗和电压电流应力，逆变器始终工作在负载谐振状态，负载侧的功率因数高，控制简单，提高电源的可靠性。根据前面的设计，对3 kw/30 kHz的超声波发生器进行实验，下面给出逆变桥的驱动波形，PS-PWM控制输出波形，频率跟踪实验波形。图9为θ=60°时Z1和Z4的驱动波形，图10为θ=60°时输出电压和电流波形;图11为频率跟踪后稳态的输出电压和电流波形。

5 结语

由于传统开关管触发电路是由硬件实现脉冲移相控制的，其线路复杂，元件易老化，输出波形易发生不同程度的失真，使触发脉冲对称度受到很大影响。由微处理器构成的控制系统，能在满足精确性的前提下，实时、准确地完成控制任务，利用软件实现移相控制，可以大大改善触发脉冲的对称度，提高信号精度。在此采用DSP来实现功率的PS-PWM控制，通过改变移相角来实现较宽范围内的功率调节，且功率开关器件工作在软开关状态，使得系统效率极大地提高，更具灵活性，运行更加可靠。