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80C196MC在中頻感應電源中的應用
摘要：針對晶閘管中頻電源，提出了一種基于80C196MC的逆變控制電路，給出了該構思的硬件和軟件設計。通過對試驗結果進行了分析，證明該電路很好地實現了電源的掃頻式零電壓軟啟動和正常工作時槽路諧振頻率的跟蹤，而且簡單實用，啟動成功率高，可靠性和通用性得到改善。1 概述
隨著工業的發展，中頻電源的應用也日益廣泛，如在金屬熔煉、透熱、熱處理、焊接等方面，其工作方式多采用并聯逆變，結構如圖1所示。其工作原理為采用三相橋式全控整流電路將交流電整流為直流電，經電抗器平波后，成為一個恒定的直流電流源，再經單相逆變橋，把直流電流逆變成一定頻率的單相中頻電流。負載是由感應線圈和補償電容器組成的，連接成并聯諧振電路。目前市場上的中頻電源，其逆變部分控制電路多采用模擬元器件，電路復雜，控制參數難以調整，因而通用性差。本文采用Intel公司80C196MC微控制器構成逆變控制電路，較好地克服了以上弊端，簡化了電路，控制參數可以調節并顯示，大大提高了中頻電源的可靠性和通用性。
2 80C196MC微控制器簡介
80C196MC微控制器具有適合于PWM逆變器、變頻器及電機高速控制所需的許多特性。它由一個C196核心、一個三相波形發生器WFG、一個多通道A／D轉換器及其他片內外設（如兩個定時器、一個事件處理門陣列EPA、兩個通用PWM模塊）等構成。其C196核心包含512字節的寄存器RAM，其中的絕大部分可為用戶程序所用。80C196MC對片內外設的操作全部是通過存取相應的專用寄存器（SFR）來完成的。
中頻電源逆變控制的核心任務就是跟蹤槽路的諧振頻率，不斷地調整逆變脈沖的頻率。80C196MC內置的波形發生器使之能高效、可靠地完成逆變脈沖變頻任務。WFG具有3個同步的PWM模塊，能產生3對同載波、同操作方式、等死區時間，但脈寬相互獨立的PWM波形。能以載波頻率重載脈寬等數據，并向CPU定時提出中斷申請。WFG具有4種操作方式，常用的是中心對準方式0。WFG的功能配置及脈寬調制是通過設置其專用寄存器來完成的：控制寄存器WG_CON定義WFG的操作方式，并設置死區時間；輸出配置寄存器WG_OUT定義WFG各引腳的有效狀態；WG_RELOAD設置三角載波頻率；相比較寄存器WG_COMPx（x=1，2，3）設置各相脈沖寬度；保護寄存器WG_PROTECT配置WFG的保護功能。逆變脈沖變頻的實現就是在WFG的專用寄存器中設置WG_RELOAD以產生合適的載波頻率。
圖3
3 基于80C196MC的逆變控制器設計
根據中頻電源的工作原理，逆變控制器的功能主要是實現電源的掃頻式零電壓軟啟動和正常工作時槽路諧振頻率的跟蹤。
掃頻式零電壓軟啟動是一種新型的啟動方式，其過程如下：在逆變電路啟動前，以一個高于槽路諧振頻率的他激信號從高向低掃描，去觸發逆變晶閘管。當他激信號頻率下降到接近槽路諧振頻率時，中頻電壓便建立起來。啟動成功后逆變控制電路自動跟蹤槽路諧振頻率，使設備進入穩態運行。如果他激信號頻率下降至最低，中頻電壓仍未建立，則他激信號恢復到最高值，重復上述啟動過程，直至啟動成功。整個啟動過程中將直流電壓限定在較低的水平，以減小沖擊。該啟動方式無需輔助裝置，電路簡單，啟動成功率高。
槽路諧振頻率的跟蹤實現方法如下：通過檢測電路取出中頻電壓、中頻電流的過零點，比較得出二者的相位差，即負載的阻抗角φ。當φ大于設定值時，降低逆變觸發信號的頻率；當φ小于設定值時，升高逆變觸發信號的頻率。這樣就可以自動跟蹤槽路阻抗特性的改變，從而保證負載一直工作在接近諧振狀態。由于采用了數字電路，系統的抗干擾性增強，電路簡化，參數設定調節方便。
3.1 硬件設計
硬件電路總體結構如圖2所示。根據功能要求，控制器的輸入輸出信號主要有中頻電壓、中頻電流過零信號，功率自動控制部分產生的逆變角調節信號，啟動時的直流電壓限幅信號，啟動失敗關機信號，與其它控制設備通信信號，人機對話數據信號等。
中頻電壓過零檢測電路如圖3所示。中頻電壓由1000∶20電壓互感
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