基于逆变器功率调节的改进锁相环频率跟踪电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于逆变器功率调节的改进锁相环频率跟踪电路，其技术特点是：逆变器负载输出电流信号Io同时连接到峰值电流检测电路和鉴相器的输入端，峰值电流检测电路输出的该峰值电流Im与电流设定值Iref进行比较，当Im高于Iref时，采样保持电路处于正常的采样状态，而当峰值电流Im低于Iref时，采样保持电路工作于阻止接收滤波器输出信号的状态。本实用新型专利技术设计合理，其在传统锁相环电路的基础上，增加一个峰值电流检测电路环节，能够实现逆变器工作在零电压和零电流开关状态时快速跟踪负载频率的功能，进一步提高了逆变器输出的稳定性，改善了输出频率的跟踪性能，其电路结构简单，对推动锁相环频率跟踪电路设计具有积极意义。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电力电子控制
，尤其是一种基于逆变器功率调节的改进锁相环频率跟踪电路。
技术介绍
在金属热处理等工作场合中，淬透回火、表面硬化等不同处理工艺对逆变器的输出功率有着不同的要求，一般采用逆变器功率闭环控制来调节逆变器的输出功率，从而保证金属在某段时间里达到预期温度，如图1所示。其中，锁相环(Phase-Locked Loop，PLL)电路是功率闭环控制的重要环节，它是对采集的负载谐振电流进行控制，保证逆变器的输出电压和输出电流同相位来实现对逆变器负载的频率跟踪，此时功率开关器件损耗接近于零，逆变器工作在零电压和零电流软开关状态。传统锁相环频率跟踪电路在逆变器自由衰减振荡状态下不能准确跟踪负载谐振频率，易产生系统失控，烧毁功率开关器件和锁相不成功等问题。另外逆变器功率不断变化造成电路锁相延时，频率跟踪性能有所降低。由于上述传统锁相环频率跟踪电路的局限性，而金属热处理对系统频率有着极高的要求，如何在保证逆变器功率灵活调节的前提下，快速而有效地跟踪逆变器负载频率成为当下急需解决的问题。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于逆变器功率调节的改进锁相环频率跟踪电路，解决了逆变器功率闭环控制系统中有效地跟踪逆变器负载频率的问题。本技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种基于逆变器功率调节的改进锁相环频率跟踪电路，包括鉴相器、采用保持电路和压控振荡器，逆变器负载输出电流信号Io同时连接到峰值电流检测电路和鉴相器的输入端，峰值电流检测电路输出的该峰值电流Im与电流设定值
Iref进行比较，当Im高于Iref时，采样保持电路处于正常的采样状态，而当峰值电流Im低于Iref时，采样保持电路工作于阻止接收滤波器输出信号的状态。所述峰值电流检测电路包括锁存器、最小值寄存器、最大值寄存器、两个比较器和两个存储器，锁存器与最小值寄存器、最大值寄存器、两个比较器相连接，最小值寄存器的数据与锁存器的数据通过一个比较器进行比较，该比较器的比较结果输出到一个存储器中，最大值寄存器的数据与锁存器的数据通过另一个比较器进行比较，该比较器的比较结果输出到另一个储存器中。本技术的优点和积极效果是：本技术在传统锁相环电路的基础上，增加一个峰值电流检测电路环节，能够实现逆变器工作在零电压和零电流开关状态时快速跟踪负载频率的功能，进一步提高了逆变器输出的稳定性，改善了输出频率的跟踪性能，其电路结构简单，对推动锁相环频率跟踪电路设计具有积极意义。附图说明图1是逆变器功率闭环控制系统的电路图；图2是本技术的锁相环频率跟踪电路的电路方框图；图3是本技术的峰值电流检测电路图；图4是现有锁相环频率跟踪电路原理图；图5是本技术的数字化电路方框图；图6是采样保持电路连接图。具体实施方式以下结合附图对本技术实施例做进一步详述：一种基于逆变器功率调节的改进锁相环频率跟踪电路，是以传统锁相环电路为基础，在对传统锁相环频率跟踪电路的局限性进行分析并对锁相环频率跟踪电路进行改进。本技术在传统锁相环电路增加峰值电流检测电路，使得逆变器的负载谐振频率跟踪性能得到了有效提高。如图2所示，基于逆变器功率调节的改进锁相环频率跟踪电路包括鉴相器、峰值电流检测电路、采用保持电路和压控振荡器，逆变器的负载输出电流信号Io通过峰值电流检测电路，将该峰值电流Im与电流设定值Iref进行比较，当Im高于Iref时，采样保持电路处于正常的采样状态，此时，该锁相环频率跟踪电路
与传统锁相环电路原理一致，即负载输出电流Io的相位与压控振荡器(VCO)产生的输出电压Vo相位通过鉴相器(PD)进行比较，得到的相位差值通过低通滤波器(LPF)与压控振荡器(VCO)，产生驱动脉冲信号触发逆变器的功率开关器件。而当峰值电流Im低于Iref时，采样保持电路工作于阻止接收滤波器输出信号的状态，压控振荡器的驱动是通过采样保持电路状态变换前最后一个时刻的信号来实现。如图3所示，所述峰值电流检测电路包括锁存器、最小值寄存器、最大值寄存器、两个比较器和两个存储器，锁存器与最小值寄存器、最大值寄存器、两个比较器相连接，最小值寄存器的数据与锁存器的数据通过一个比较器进行比较，该比较器的比较结果输出到一个存储器中，最大值寄存器的数据与锁存器的数据通过另一个比较器进行比较，该比较器的比较结果输出到另一个储存器中。其工作原理为：负载输出电流信号Io的数据置于锁存器中，第一时刻的电流值同时放入最小值寄存器和最大值寄存器中，第二时刻的电流值与第一时刻的电流值通过比较器进行比较，如果第二时刻的电流值更大，则存入最大值寄存器中，如果第二时刻的电流值更小，则存入最小值寄存器中，如果得到的数据比最小值寄存器中的数据要小，则更新最小值寄存器中的数据；如果得到的数据比最大值寄存器中的数据要大，则更新最大值寄存器中的数据，这样得到第一周期的采样中的电流最大值和电流最小值。经过几个周期循环比较，可以得到最大电流值。本技术提出的改进锁相环频率跟踪电路，可以通过FPGA实现。具体方法为：以硬件设计工具QuartusⅡ为平台，利用FPGA芯片的VHDL语言对采样保持电路、改进锁相环频率跟踪电路和逆变器闭环功率控制进行编程，将写入的FPGA芯片放入到如图1所示的系统中。现有的逆变器锁相环频率跟踪电路的原理如图4所示，本技术的改进锁相环频率跟踪电路如图5所示，该电路包括了图2及图4电路的数字化实现。该改进锁相环频率跟踪电路采用74LS297锁相环芯片，利用K计数器(引脚：KCLK)的翻转对鉴相器PD输出的相位差值(引脚：PHASE_A1与PHASE_B之差)进行计数，PD输出为低电平时，KCLK输出产生进位脉冲；PD的输出
为高电平时，KCLK产生借位脉冲，进而改变采样保持器计数器(引脚：IDCLK)的计数值，增加或减少半个周期信号，采样保持器计数器的输出再经过分频，使输出电压的相位得到控制，跟踪输出电流相位，从而实现锁相环频率跟踪。其中，D/UPN引脚表示脉冲加减；ENCTR引脚代表使能端，当ENCTR为1时，电路处于工作状态，当ENCTR为0时，电路处于停止工作状态；ABCD引脚代表锁相环精度为8位；IDOUT为锁相环输出。图6给出了采样保持电路的连接图，该保持电路采用AD7825芯片，其中各引脚：工作电源引脚VDD，输入信号端引脚VIN1～VIN4，外部输入引脚VREF，接地引脚AGND&DGND；采样信号引脚CON&EOC；片选信号引脚CS；通道选择引脚A1&A0；逻辑输入引脚PD；RD使能输出引脚，当RD为1时，输出DB0～DB7八路信号，当RD为0时，输出表现为高阻态。需要强调的是，本技术所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本技术包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本技术的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本技术保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于逆变器功率调节的改进锁相环频率跟踪电路，包括鉴相器、采用保持电路和压控振荡器，其特征在于：逆变器负载输出电流信号Io同时连接到峰值电流检测电路的输入端和鉴相器的输入端，峰值电流检测电路输出的该峰值电流Im与电流设定值Iref进行比较，当Im高于Iref时，采样保持电路处于正常的采样状态，而当峰值电流Im低于Iref时，采样保持电路工作于阻止接收滤波器输出信号的状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于逆变器功率调节的改进锁相环频率跟踪电路，包括鉴相器、采用保持电路和压控振荡器，其特征在于：逆变器负载输出电流信号Io同时连接到峰值电流检测电路的输入端和鉴相器的输入端，峰值电流检测电路输出的该峰值电流Im与电流设定值Iref进行比较，当Im高于Iref时，采样保持电路处于正常的采样状态，而当峰值电流Im低于Iref时，采样保持电路工作于阻止接收滤波器输出信号的状态。2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄潇潇，朱辉，时燕新，赵玉新，袁中琛，姜宁，吴磊，李大勇，黄志刚，郝毅，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，国家电网公司，
类型：新型
国别省市：天津;12