感应加热全数字锁相器及其应用方法技术

本发明专利技术提供了一种感应加热全数字锁相器及其应用方法，其中锁相器包括鉴相器、环路滤波器以及数控振荡器；所述鉴相器的输出端与环路滤波器的输入端相连接；所述环路滤波器的输出端与数控振荡器的输入端相连接；所述鉴相器能够比较两个输入信号的相位误差，并将相位误差信号作为控制信号输出到环路滤波器；所述环路滤波器能够滤除鉴相器输出的高频干扰信号，并输出控制信号到数控振荡器；所述数控振荡器能够接收环路滤波器的控制信号，对输出波形进行周期的调整，使得输出频率为设定值。

【技术实现步骤摘要】
感应加热全数字锁相器及其应用方法
本专利技术涉及冶金设备的感应加热电源的锁相环控制
，具体地，涉及一种感应加热全数字锁相器及其应用方法。
技术介绍
感应加热电源在工作过程中，随着被加热工件规格及加热温度的变化等因素，负载谐振电路的频率也发生了变化，为了使串联型感应加热电源的逆变器在零电压状态下进行换流，要求逆变器的输出频率能跟着负载谐振电路的频率变化。传统的方法是利用集成锁相芯片如CD4046等构成模拟电路进行锁相控制，其锁相频率由CD4046等锁相芯片外部连接的电阻及电容共同决定，当需要改变锁相频率时，就要重做电路板，模拟电路具有参数调整麻烦，频率跟踪范围窄等缺点。随着，数字芯片的发展，也有人采用数字式锁相电路对感应加热电源进行锁相控制，如专利CN104506187A涉及了一种感应加热数字锁相电路，采用DSP实现数字化锁相技术，具有运行速度快，能够对负载情况的变化作出迅速反应并及时进行调整，保持控制系统的工作稳定性，但是，该专利的电路主要应用于半桥式的小功率感应加热电源，不适用于大功率的全桥串联型的感应加热电源。另外，该专利主要对锁相环的外围电路进行描述并未涉及具体的锁相算法及其实现方法。因此，提供一种新型的感应加热全数字锁相器及其应用方法具有较高的实用价值和意义。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种感应加热全数字锁相器及其应用方法。根据本专利技术提供的一种感应加热全数字锁相器，包括鉴相器、环路滤波器以及数控振荡器；所述鉴相器的输出端与环路滤波器的输入端相连接；所述环路滤波器的输出端与数控振荡器的输入端相连接；所述鉴相器能够比较两个输入信号的相位误差，并将相位误差信号作为控制信号输出到环路滤波器；所述环路滤波器能够滤除鉴相器输出的高频干扰信号，并输出控制信号到数控振荡器；所述数控振荡器能够接收环路滤波器的控制信号，对输出波形进行周期的调整，使得输出频率为设定值。优选地，所述感应加热全数字锁相器还包括分频器、脉冲发生器以及角度调节器中的任一种或任多种组合；所述数控振荡器的输出端直接与分频器的输入端相连接，或者通过角度调节器与分频器的输入端相连接；所述分频器的输出端与脉冲发生器的输入端相连接；所述分频器能够对数控振荡器的输出频率进行分频，即能够通过设置不同的分频值得到不同的环路中心频率；所述脉冲发生器能够脉冲发生器将分频器的输出脉冲转变为四路带死区的PWM脉冲，并发送到驱动板；所述角度调节器能够控制数控振荡器的输出频率为设定的频率或频率范围。优选地，所述鉴相器包括fin端和fout端两个输入端，fin端与外部的采样板输出相连，fout端与数控振荡器的输出相连；所述鉴相器还包括se端一个输出端；所述鉴相器能够计算fin端和fout端两个输入端的相位误差，并将相位误差作为se端的输出。优选地，所述环路滤波器包括Kclock、reset、se、enable四个输入端，其中kclock输入信号为系统时钟信号；reset、enable分别为复位输入信号端、使能输入信号端，与外部的主控制器相连；se为鉴相器输出的相位误差信号端，与鉴相器的se输出端相连；所述环路滤波器还包括carryo和borrow两个输出端，两个输出端均与数控振荡器的输入端相连。优选地，所述数控振荡器包括IDclock、reset、inc、dec四个输入端，其中IDclock输入信号为系统时钟信号；reset为复位输入信号，与外部的主控制器相连；inc、dec均为数控振荡器的方向控制信号，分别与数字环路滤波器的carryo、borrow输出端相连；所述数控振荡器还包括输出端IDout，IDout与分频器的输入端相连。优选地：所述感应加热全数字锁相器还包括与主控制器相连的接口，可以接收主控制器的配置参数和控制信号，并将所述感应加热全数字锁相器的状态信号发送给主控器；所述感应加热全数字锁相器还包括与驱动板相连接的接口，可以将所述感应加热全数字锁相器产生的四路驱动发送给驱动板，并接收驱动板的驱动故障信号；所述感应加热全数字锁相器还包括与采样板连接的接口，可以接收采样板采样的电源主回路电压信号；所述感应加热全数字锁相器与外部主控制器相连的接口为SPI接口，与外部驱动板相连接的接口为高速PWM接口，与外部采样板连接的接口为模拟量输入接口。优选地：所述感应加热全数字锁相器接收主控制器的配置参数包括数字环路滤波器的工作时钟倍数M、分频器的分频数N以及角度调节器的调节角度值中的任一种或任多种组合；所述感应加热全数字锁相器接收主控制器的控制信号为高低电平信号，包括启动信号、停止信号、急停信号以及复位信号中的任一种或任多种组合；所述感应加热全数字锁相器发送给主控制器的状态信号为高低电平信号，包括入锁信号和/或失锁信号。根据本专利技术提供的一种感应加热全数字锁相器应用方法，利用上述的感应加热全数字锁相器，且选用K变模可逆计数器作为环路滤波器，该环路滤波器还包括Kmode输入端；所述感应加热全数字锁相器应用方法包括如下步骤：1)初始化：K变模可逆计数器将异或鉴相器产生的相位差信号se加到K变模可逆计数器的输入端，计数器初始值设为kmode；2)开始计数：K变模可逆计数器根据相位差信号se来进行加减运算，在enable为高电平时，计数器开始运作；3)加计数：当se为高电平时，计数器进行加运算，如果相加的结果到达预设的模值，则输出一个进位脉冲信号carryo；4)减计数：当se为低电平时，计数器进行减运算，如果结果为零，则输出一个借位脉冲信号borrow；5)入锁：当输出波形同步于输入波形或只有随机干扰时，计数器加减的数目基本相等，计数结果在初始值处上下波动，不会产生进位或借位脉冲，滤除因随机噪声引起的相位抖动。根据本专利技术提供的一种感应加热全数字锁相器应用方法，利用上述的感应加热全数字锁相器，且选用选用脉冲加减器作为数控振荡器，包括如下步骤：1)当数字锁相器运行之后，将reset置高电平使系统复位，再将reset置低电平开始工作；2)当输入端没有进位或借位脉冲输入时，内部反转触发器将参考时钟信号二分频；3)当有进位脉冲信号(inc为高)时，且翻转触发器又为高电平时，触发器保持低电平两个周期；4)当有进位脉冲信号(inc为高)时，且翻转触发器为低电平时，下一个时钟脉冲到来时仍然翻转，在之后的两个周期内保持低电平；(翻转触发器减少了半个脉冲，输出增加半个脉冲，相位就会提前)5)当有借位脉冲信号时，且翻转触发器又为低电平时，触发器保持高电平两个周期；6)当有借位脉冲信号时，且翻转触发器为高电平时，下一个时钟脉冲到来时仍然翻转，在之后的两个周期内保持高电平；(翻转触发器增加了半个脉冲，输出减少半个脉冲，相位就会滞后)；7)2～6步骤不断循环，达到锁相的效果。根据本专利技术提供的一种感应加热全数字锁相器应用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种感应加热全数字锁相器，其特征在于，包括鉴相器、环路滤波器以及数控振荡器；/n所述鉴相器的输出端与环路滤波器的输入端相连接；所述环路滤波器的输出端与数控振荡器的输入端相连接；/n所述鉴相器能够比较两个输入信号的相位误差，并将相位误差信号作为控制信号输出到环路滤波器；/n所述环路滤波器能够滤除鉴相器输出的高频干扰信号，并输出控制信号到数控振荡器；/n所述数控振荡器能够接收环路滤波器的控制信号，对输出波形进行周期的调整，使得输出频率为设定值。/n

【技术特征摘要】
1.一种感应加热全数字锁相器，其特征在于，包括鉴相器、环路滤波器以及数控振荡器；
所述鉴相器的输出端与环路滤波器的输入端相连接；所述环路滤波器的输出端与数控振荡器的输入端相连接；
所述鉴相器能够比较两个输入信号的相位误差，并将相位误差信号作为控制信号输出到环路滤波器；
所述环路滤波器能够滤除鉴相器输出的高频干扰信号，并输出控制信号到数控振荡器；
所述数控振荡器能够接收环路滤波器的控制信号，对输出波形进行周期的调整，使得输出频率为设定值。


2.根据权利要求1所述的感应加热全数字锁相器，其特征在于，所述感应加热全数字锁相器还包括分频器、脉冲发生器以及角度调节器中的任一种或任多种组合；
所述数控振荡器的输出端直接与分频器的输入端相连接，或者通过角度调节器与分频器的输入端相连接；所述分频器的输出端与脉冲发生器的输入端相连接；
所述分频器能够对数控振荡器的输出频率进行分频，即能够通过设置不同的分频值得到不同的环路中心频率；
所述脉冲发生器能够脉冲发生器将分频器的输出脉冲转变为四路带死区的PWM脉冲，并发送到驱动板；
所述角度调节器能够控制数控振荡器的输出频率为设定的频率或频率范围。


3.根据权利要求2所述的感应加热全数字锁相器，其特征在于，所述鉴相器包括fin端和fout端两个输入端，fin端与外部的采样板输出相连，fout端与数控振荡器的输出相连；所述鉴相器还包括se端一个输出端；所述鉴相器能够计算fin端和fout端两个输入端的相位误差，并将相位误差作为se端的输出。


4.根据权利要求3所述的感应加热全数字锁相器，其特征在于，所述环路滤波器包括Kclock、reset、se、enable四个输入端，其中kclock输入信号为系统时钟信号；reset、enable分别为复位输入信号端、使能输入信号端，与外部的主控制器相连；se为鉴相器输出的相位误差信号端，与鉴相器的se输出端相连；所述环路滤波器还包括carryo和borrow两个输出端，两个输出端均与数控振荡器的输入端相连。


5.根据权利要求4所述的感应加热全数字锁相器，其特征在于，所述数控振荡器包括IDclock、reset、inc、dec四个输入端，其中IDclock输入信号为系统时钟信号；reset为复位输入信号，与外部的主控制器相连；inc、dec均为数控振荡器的方向控制信号，分别与数字环路滤波器的carryo、borrow输出端相连；所述数控振荡器还包括输出端IDout，IDout与分频器的输入端相连。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的感应加热全数字锁相器，其特征在于：
所述感应加热全数字锁相器还包括与主控制器相连的接口，可以接收主控制器的配置参数和控制信号，并将所述感应加热全数字锁相器的状态信号发送给主控器；
所述感应加热全数字锁相器还包括与驱动板相连接的接口，可以将所述感应加热全数字锁相器产生的四路驱动发送给驱动板，并接收驱动板的驱动故障信号；
所述感应加热全数字锁相器还包括与采样板连接的接口，可以接收采样板采样的电源主回路电压信号；
所述感应加热全数字锁相器与外部主控制器相连的接口为SPI接口，与外部驱动板相连接的接口为高速PWM接口，与外部采样板连接的接口为模拟量输入接口。


7.根据权利要求6所述的感应加热全数字锁相器，其特征在于：
所述感应加热全数字锁相器接收主控制器的配置参数包括数字环路滤波器的工作时钟倍数M、分频器的分频数N以及角度调节器的调节角度值中的任一种或任多种组合；
所述感应加热全数字锁相器接收主控制器的控制信号为高低电平信号，包括启动信号、停止信号、急停信号以及复位信号中的任一种或任多种组合；
所述感应加热全数字锁相器发送给主控制器的状态信号为高低电平信号，包括入锁信号和/或失锁信号。


8.一种感应加热全数字锁相...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄凯强，连井涛，李华刚，顾懿，
申请(专利权)人：上海宝信软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31