80C196 单片机在 IGBT 高频感应电源中的应用

80C196单片机在IG B T高频感应电源中的应用

罗　京　汤　强　湘潭电机厂　(湘潭411101)

【摘要】　叙述了80C196单片机和IG B T的优越性及在高频感应加热电源中的应用特点。详细介绍了结构合理的新型电流源并联谐振式逆变器,该装置采用了零电压关断及实时跟踪技术,充分利用驱动电路EX B841慢关断特性,实现完善的过流过压保护。软件设计采用查表方式处理数据,以充分保证系统的适时性。

关键词　IG B T　高频　感应电源

Application of80C196Single2chip Microcomputer in IGBT High Frequency Induction Pow er Supply

Luo Jing　Tang Qiang

【Abstract】In the paper,the author introduces the advantages of80C196single2chip microcomputer and IG B T and their applications in high freqency induction heating power supply,as well as new parallel resonance inverter with tech2 niques of zero voltage burning2off,instantaneous following,perfect over2current and over2voltage protections and software design.

【K ey Words】IG B T,high frequency,induction power supply

1　前　言

感应加热是一种较理想的加工工艺,已广泛应用于金属熔炼、透热、焊接、表面淬火等热加工和热处理行业。对于不同工件、不同工艺则要求不同的电热工作频率和输出功率。

IG B T是80年代初出现的新一代全控型电力半导体器件,具有MOSFET的高速、易驱动和GTR的低通态压降等综合优点,目前

罗　京:男,1961年生,工程师。

(收稿:1998208231　修回:1998210220)1700A/3000V的大功率IG B T模块已商业化,是一种非常有前途的功率器件。80C196单片机采用先进的CHMOS工艺,具有高速输入输出口,片内10位A/D转换口,以其高集成度、高抗干扰能力、高性能价格化,在实时控制领域正逐步取代8051单片机。

高频感应加热电源,按其负载谐振回路的不同,分为串联谐振和并联谐振两大类,对应使用电压型逆变器和电流型逆变器。电流源逆变器具有电路结构简单、负载适用能力强及过流保护容易,在感应加热电源中占主导地位。本

3)启动,76#～83#炉辊实现快速转动,使料筐由小车上出来并进入球化段炉内。

料筐进入炉内后,快动电机J5停止,电机7反向转动,又把小车送回到降温段炉门出口处,压下行程开关K1,电机7停止工作,小车处于等待下一个料筐出炉的状态。

(2)设计特点

拉曳机构是在工件处于降温段时,在炉外使料筐实现运动的转向。设计中采用辊子与小车相结合并采用牙嵌离合器实现传动的接合与脱离,以及拉曳小车运动,巧妙地实现了炉辊传动条件下的料筐平移与转向工作。设计注意问题如下:

①小车运行时应克服车轮在轨道上的滚动摩擦阻力、车轮轴承处摩擦阻力以及起动时的惯性力,并应考虑机构的效率,计算功率并选用电机。

②应核算拉曳力对小车的拉力是否会引起小车产生翻动现象。

③应对全部零件进行强度计算,特别注意拉曳链条及连接销的强度。

④安装中应注意保证两牙嵌式离合器能够良好的对中并结合。

⑤应保证小车在炉门外时处于正确位置,以保证料筐可顺利地进入小车或进入炉门,并且不在这过程中增加料筐在炉内的走偏量。

12

文就80C196单片机在IG B T 并联型感应加热电源中的应用作出设计分析,并给出实验结果。

2　主电路

整个主电路结构如图1所示,它主要由三部分组成:①晶闸管V 1～V 6组成的三相全控整流电路用以实现电源的功率调节和保护;②

平波电抗器L d ,用于减少输出电流的脉动值,

提高负载抗短路的能力;③由IG B T 管V s1～V s4组成逆变器,将直流电能送入由L 、C 组成的并联谐振回路。V s5为IG B T 续流管,用于保护动作时释放平波电抗器L d 的能量。

对于SCR 并联谐振逆变器,要顺利换相,

其逆变开关工作频率必须大于负载谐振频率

图1　主回路原理图

f 0,即相位超前。由于IG B T 管具有自关断能

力,其逆变器工作频率可大于f 0进行强迫换流,也可小于f 0进行强迫换流。因此,IG B T 逆变器的起动可通过他激转自激方法实现。

3　控制电路及保护

图2给出逆变器控制框图。在感应加热过

程中,负载等效参数的变化会引起负载固有频率的变化,系统经电压传感器采集输出信号反馈至输入作驱动信号,以实现频率自动跟踪。用80C196单片机控制移相角度,实现电流的超前或滞后。当输出负载电压低于某一值U co 时,逆变器为开环控制,工作于他激状态,而当输出负载电压大于U co 后进行自动切换,使逆变器工作于自激闭环状态。由于控制电路及驱动隔离

电路存在延时,而且电流上升、下降需要一段时间,直接使用电压传感器信号只能使逆变器呈感性,即负载电流i 滞后负载电压u 。如果用80C196单片机控制超前触发时间ΔT ,使逆变器在负载电压过零时换流,即输出电压与电流的相位差为零,使得IG B T 管在零电压时关断(ZVS ),并且适当增加门极驱动电阻R G ,保证IG B T 管无电流尖峰ΔI p 和电压尖峰ΔU p ,这将大大减小系统高频开关损耗和器件的电磁应力。另外,为防止电流型逆变器开路引起过电压,上下桥臂模块驱动信号需一重叠导通时间(大约在1μs 以内)。

保护主要利用驱动模块EXB841的慢关断功能[1]。如果电流传感器检测到过流或电压传感器检测到过压,即发出慢关断信号,

关断逆变

图2　IG B T 逆变器控制框图

2

2