逆變器部分利用功率管寄生電容和并聯(lián)電容,，以及變壓器的漏感實現(xiàn)軟開關(guān)零電壓移相控制(ZVS-PSP-WM)的方式,。零電壓開關(guān)是依靠功率開關(guān)管反并聯(lián)二極管的導(dǎo)通實現(xiàn)功率器件零電壓開通；通過功率諧振電容的充電過程來實現(xiàn)功率器件的零電壓關(guān)斷,。
    在一個開關(guān)周期內(nèi),，移相控制有12種開關(guān)模塊，在分析之前,，做出如下假設(shè)：
    (1)電路中所有的開關(guān)器件Z1～Z4和與其反并聯(lián)二極管D1～D4均為理想開關(guān)器件,；
    (2)所有的電感、電容為理想元件且不考慮線路的雜散電感值,；
    (3)不考慮死區(qū)加入對逆變器工作的影響,；
    (4)逆變器的輸入電壓為恒定電壓源。
    移相控制逆變器的4個開關(guān)管驅(qū)動波形如圖2所示,。逆變器每個橋臂的2個功率管成180°互補(bǔ)導(dǎo)通,，2個橋臂的導(dǎo)通角相差1個相位，即移相角,。Z1,，Z2為定相臂，Z3,，Z4為移相臂,。其中Z1和Z2分別先于Z3和Z4導(dǎo)通，移相角為φ,，調(diào)節(jié)φ大小即可改變逆變器的輸出電壓,，從而調(diào)節(jié)輸出的正弦波電流幅值，使得輸出功率可以調(diào)節(jié),。

逆變器的工作過程中,，功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時間恒定。同一橋臂的兩個開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷,，需要一定的延時時間,，防止上下橋臂直通，保證開關(guān)管的安全,。

2 控制策略
    下面對主電路控制策略的工作過程進(jìn)行作進(jìn)一步分析,，逆變器在工作過程中，功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時間恒定,。導(dǎo)通順序為Z1→Z4→ Z2→Z3,，同一橋臂2個開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，需要一定延時時間，防止上下橋臂直通,，保證開關(guān)管的安全,。
    PS-PWM功率控制的逆變電路在1個周期內(nèi)的主要有以下幾種工作模態(tài)，如圖3所示,。

    (1)工作模式1[t0時刻](見圖3(a))：在t0時刻,，Z1和Z4同時導(dǎo)通，電流i的流向：Z1→R→L→C→Z4,。
    (2)工作模式2[t0,，t1](見圖3(b))：在t0時刻關(guān)斷Z1，電流i給C1充電,，C3的電荷被抽走,。C1的電壓從零開始線性上升，C3的電壓從E開始線性下降,，Z1是ZVS關(guān)斷,。
    (3)工作模式3[t，t2](見圖3(c))：t1時刻,，C3的電壓下降到零,，D3自然開通，將Z3箝位在零,，此時開通Z3,，Z3是ZVS開通，此時Z3中沒有電流流過,。
    (4)工作模式4[t,，t3](見圖3(d))：在t2時刻關(guān)斷Z4，電流i抽走C2的電荷,，同時給C4充電,。Z4的電壓從零開始上升，Z4是ZVS關(guān)斷,。t3時刻,，C4上的電壓上升到E，即C2上電荷量為零時,，D2自然導(dǎo)通,。
    (5)工作模式5[t3，t4](見圖3(e))：t3時刻,，D2導(dǎo)通,，將Z2箝位在零，此時Z2開通,，因此Z2是ZVS開通。雖然Z2開通，但沒有電流流過,。t4時刻,，D2，D3自然關(guān)斷,，Z2和Z3中將流過電流,。
    (6)工作模式6[t4，t5](見圖3(f))：在t4時刻,，電流由正方向過零,，并向負(fù)方向增加，電流i的流向：Z2→C→L→R→Z3,。到t5時刻,，Z3關(guān)斷，逆變器開始另一半周期的工作,，工作情況類似上述半個周期,。

3 軟件設(shè)計
    在此結(jié)合高性能DSP數(shù)字芯片設(shè)計了一種新穎的超聲波電源控制系統(tǒng)，其整個系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖如圖4所示,。DSP采用TMS320LF2407A,，外擴(kuò)FLASH采用CY7C1021V33-122芯片，PWM為脈沖輸出,，分別由PWMl,，PWM2，PWM3,，PWM4引出,，并經(jīng)過集成驅(qū)動隔離送至IGBT，控制其導(dǎo)通與關(guān)閉,。Iset為給定電路,，Io，Id,，Udt分別為負(fù)載電流,、逆變器的直流輸入電流和電壓，將這3路信號分別送至各自的調(diào)理電路,，經(jīng)過調(diào)理送入DSP的A／D接口,。如遇到外部故障，如過熱等,，向DSP發(fā)出中斷請求,，實施保護(hù)。

    在此采用TMS320LF2407A來實現(xiàn)PS-PWM算法,，利用其EV產(chǎn)生PWM控制信號,。功率控制程序的作用是通過將從負(fù)載處檢測到的電流值與功率設(shè)定量相比較,，其差值通過數(shù)字PI控制算法進(jìn)行處理，進(jìn)而得到所需要調(diào)整的移相角度θ值,，結(jié)果返回主程序影響比較單元1(CMPRl)的設(shè)定值,。PS-PWM功率控制算法如圖5所示。

為了保證超聲電源正常工作,，除設(shè)計各種故障的硬件保護(hù)電路,，同時采用軟件保護(hù)。保護(hù)由硬件,、軟件共同實現(xiàn),，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。軟件保護(hù)是通過對檢測出的信號進(jìn)行濾波采樣后與DSP中斷級別最高的XINT2相連接,，當(dāng)故障發(fā)生時,，進(jìn)入軟件中斷程序，封鎖所有PWM脈沖輸出,，實現(xiàn)保護(hù)效果,。中斷保護(hù)程序流程如圖6所示。

4 仿真及實驗結(jié)果
    基于以上理論分析及系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計,，用PSpice軟件對移相功率控制超聲電源進(jìn)行仿真,。如圖7、圖8所示,。
    選取的超聲換能器型號是DH-6160F-15S-3,，其諧振頻率為25 kHz，諧振阻抗為15Ω,，靜態(tài)電容為27000 pF,，通過計算，其匹配電感為O．75 mH,。圖7,、圖8分別給出移相角分別為φ=0°，φ=45°時的輸出電壓u和輸出電流i仿真波形,。由仿真波形比較分析,，當(dāng)移相角φ逐漸增大，其輸出電壓脈寬逐漸減小,，電流幅度逐漸減小,，可見調(diào)節(jié)φ的大小即可以實現(xiàn)輸出功率的調(diào)節(jié)。另外,，功率管工作在ZVS軟開關(guān)狀態(tài),，降低了開關(guān)損耗和電壓電流應(yīng)力，逆變器始終工作在負(fù)載諧振狀態(tài),，負(fù)載側(cè)的功率因數(shù)高,，控制簡單,，提高電源的可靠性。根據(jù)前面的設(shè)計,，對3 kw／30 kHz的超聲波發(fā)生器進(jìn)行實驗,，下面給出逆變橋的驅(qū)動波形，PS-PWM控制輸出波形,，頻率跟蹤實驗波形。圖9為θ=60°時Z1和Z4的驅(qū)動波形,，圖10為θ=60°時輸出電壓和電流波形,；圖11為頻率跟蹤后穩(wěn)態(tài)的輸出電壓和電流波形。

5 結(jié)語
    由于傳統(tǒng)開關(guān)管觸發(fā)電路是由硬件實現(xiàn)脈沖移相控制的,，其線路復(fù)雜,，元件易老化，輸出波形易發(fā)生不同程度的失真,，使觸發(fā)脈沖對稱度受到很大影響,。由微處理器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，能在滿足精確性的前提下,，實時,、準(zhǔn)確地完成控制任務(wù)，利用軟件實現(xiàn)移相控制,，可以大大改善觸發(fā)脈沖的對稱度,，提高信號精度。在此采用DSP來實現(xiàn)功率的PS-PWM控制,，通過改變移相角來實現(xiàn)較寬范圍內(nèi)的功率調(diào)節(jié),，且功率開關(guān)器件工作在軟開關(guān)狀態(tài)，使得系統(tǒng)效率極大地提高,，更具靈活性,，運(yùn)行更加可靠。