FPGA在感应加热逆变控制系统中的应用与实现

本文主要探讨了基于FPGA的感应加热逆变控制系统的研究与应用。随着FPGA（Field-Programmable Gate Array）的快速发展，它作为一种可编程逻辑器件，正在逐步取代传统的集成电路，成为电子系统集成的新趋势。在这个背景下，课题的核心目标是将FPGA应用于电源系统，特别是用于实现感应加热电源的控制器，以提升系统的性能和效率。 文章首先介绍了FPGA在当前电子领域的广泛应用，尤其是在通信领域的显著优势，但在电力电子系统中的应用相对较少。作者针对这一现状，提出了将FPGA用于感应加热电源系统控制器的设想。在设计过程中，作者首先依据系统的性能指标，如效率、稳定性等，确定了主电路的拓扑结构，选择了串联谐振式，因为这种结构能有效实现容性移相调功，从而实现精确的功率控制。 接着，通过计算和分析，作者确定了系统所需元器件的参数和型号，确保了硬件电路的合理选型。然后，作者采用了SAMPLE—DATA方法来构建基于移相调功串联谐振逆变器的动态模型，这是一种数值仿真方法，通过快速傅里叶变换(FFT)来验证模型的准确性和稳定性。这一阶段对于逆变器行为的理解和控制至关重要。 在模型验证后，作者设计并实现了系统的PI控制器，这是常用的控制算法，用于确保系统的稳定性和响应速度。通过SIMULINK进行系统仿真，模拟了整个工作流程，包括启动/停止控制、保护电路等功能，以验证控制器的有效性和安全性。 最后，作者按照FPGA设计流程，将所有必要的控制功能如数字锁相环、功率调节、保护和控制逻辑整合到单一的FPGA芯片上。整个设计包括系统划分、模块化实现以及时序仿真，以确保各个模块的协同工作。实验结果显示，基于FPGA的控制器表现良好，不仅提高了系统的可靠性和灵活性，还简化了电路结构，降低了对元件工艺的要求。 本文的工作在于探索和实现了一个创新的解决方案，将FPGA的优势应用于感应加热电源的控制，旨在提高系统的性能，降低复杂度，增强工业生产中的环保和节能效果。这种数字化控制策略为未来的感应加热设备设计提供了新的可能。