基于HPWM技术的大功率正弦超声波逆变电源

3 软件实现

3.1 主程序

　　图4示出主程序流程图。它包含初始化子程序、HPWM信号产生子程序、键盘扫描和显示子程序。初始化子程序中，80C196MC对堆栈地址及载波频率等参数进行初始化，并对单片机本身的各个I/O端口、中断及波形发生器等设定工作方式。可通过键盘给定所需输出的正弦波频率，由显示程序进行显示。显示子程序可对电压信号进行定时采样，A/D转换后，动态、分时显示正弦波的频率和幅度值。

3.2 HPWM信号产生子程序

　　HPWM是由正弦调制波与等幅的三角载波相比较产生的。波形发生器在中心对准方式下，WG-COUNTER的计数过程形成了一个虚拟的三角波载波。正弦调制波可通过查表方法实现。由于输出HPWM波具有对称性，因此只需建立0°～180°的正弦函数表。为了达到足够的分辨率，正弦函数表中每隔0.15°安排一个采样点，每个数据具有15位二进制数值，占2个字节，输出正弦波半个周期中共取1200项数据，存放在起始地址为SIGN的存储区中。设载波频率为fc，输出频率为fo，则每半个输出正弦波周期中需要N=fc/fo个交点值，第i个交点所对应的正弦调制波幅值可通过查表得到，其地址为SIGN+1200i/N.

　　将三角载波与交点处的正弦调制波幅值相比，以获得逆变器的HPWM开关模式。每当三角波载波的顶峰（WG-COUNTER=WG-RELOAD）或谷底时，向单片机发出中断请求，进行数据的装载。如此进行，每半个周期交换两相，得到混合单极性调制方式的HPWM波。图5示出HPWM信号产生子程序流程图。

4 实验结果

　　采用上述主电路结构、控制方式，研制了输出频率为25kHz；载波频率为600kHz；输出功率为4.5kW的原理样机。图6a，b示出感性半载和感性满载时的滤波电感电流iL和输出电压uo实验波形。由图可知，在半载和满载时，uo的变化较小，有较好的负载调整率。图6c，d示出逆变桥同一个桥臂两个功率管VS2和VS4的驱动电压ugsVS2和ugsVS4及其放大了的ugsVS2和ugsVS4实验波形。可见，考虑到死区，同一桥臂的两个功率管是互补导通的。功率管的驱动电压波形的上升和下降延迟时间都非常短，能够满足要求。

5 结论

　　采用单片机智能控制系统的大功率超声波电源，可实现电源频率和输出电压的人工设定。单片机模拟输出的HPWM信号可简化硬件电路，大大提高系统的功率因数和效率；同时运用了HPWM控制方式与ZVS谐振软开关技术，降低了开关管的损耗，抑制了高次谐波，减小了换能器的损耗。实验表明，所提出的电源性能优良，调节方便，可靠性高。可为大功率超声波换能器在各个领域的应用提供性能优良的超声波电源。