一种基于FPGA的数字电源淬火装置的制作方法

本实用新型涉及数字电源领域，尤其涉及一种基于FPGA的数字电源淬火装置。

背景技术：

随着电力电子技术的发展进步，目前晶体管变频器得到了飞速发展，在传动控制、焊接设备、脉冲电源设备、家用电器等领域中得到了大量应用；负载及电路自身特性的变化就会引起谐振频率的变化，为了确保系统中逆变器能够工作在功率因数接近或等于1的准谐振或谐振状态，实现逆变器的零电压或零电流开关，利用FPGA进行频率跟踪，省略了外围电路的补偿，减小了装置的体积，提升了装置的效率。

技术实现要素：

针对当前数字电源的特点，本实用新型提供一种基于FPGA的数字电源淬火装置，采用了模块化集成的方式，整流单元与逆变单元采用全模块化结构，时序逻辑采用FPGA控制，电源的水、电连接均采用标准插接件连接，内部检修有较大空间并安装有检修照明与插座，结构紧凑，集成度较高，具有维修方便，操作简单，高效节能的特点。

为此，本实用新型采用了以下技术方案：一种基于FPGA的数字电源淬火装置，包括主空气开关、控制单元、整流单元、逆变单元、谐振单元、感应单元、水冷单元以及操作测量系统，三相进线、主空气开关、整流单元、逆变单元依次连接，谐振单元与逆变单元连接，谐振单元输出至感应单元，水冷单元以及操作测量系统与逆变单元、谐振单元连接，其特征在于：

所述整流单元是一个单独集成的模块，整流单元的结构为：包括三相全控整流桥，并且在三相全控整流桥的输出端设置平波电抗器；三相全控整流桥与平波电抗器集成为整流单元；

逆变单元是一个单独集成的模块；

所述控制单元是FPGA芯片，结合FPGA芯片内部相应的频率跟踪和相位锁定电路，形成闭环结构，实现频率的自适应，控制时序逻辑，用于频率跟踪。

进一步的，所述逆变单元四组IGBT模块组成。

进一步的，所述谐振单元采用L-C并联谐振电路，结构简单，易于实施。

进一步的，操作测量系统包含了电压采样电路、电流采样电路、过流保护逻辑、故障显示及处理电路，电压采样电路、电流采样电路主要是为了获取逆变电路的电流及母线电压，由FPGA芯片控制保护逆变单元不被损坏。

本实用新型的有益效果是：采用FPGA芯片作为主控单元，利用锁相环进行频率的跟踪，结合FPGA芯片的时序逻辑，能够适应负载的变化，实现了频率的自适应，具有较高的功率调节范围，可实现额定功率30%-100%的功率调节范围，广泛适用于中频到超音频范围；将整流单元和逆变单元进行模块化，为后期的维修提供了便利。

附图说明

图1是本实用新型一种基于FPGA的数字电源淬火装置的模块框图。

图2是本实用新型中整流单元的电路布置图。

图3是本实用新型中FPGA芯片内部数字锁相环的布置图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为本实用新型的限定，附图1只是简要的画出了本实用新型的几个模块连接，实际电气连接并不仅限于此。

如图1-图3所示，一种基于FPGA的数字电源淬火装置，包括主空气开关（图1中简称“空开”）、控制单元、整流单元、逆变单元、谐振单元、感应单元、水冷单元以及操作测量系统，三相进线端、主空气开关、整流单元、逆变单元依次连接，谐振单元与逆变单元连接，谐振单元输出至感应单元，水冷单元以及操作测量系统与逆变单元、谐振单元连接；

所述整流单元是一个单独集成的模块，整流单元的结构为：包括三相全控整流桥，并且在三相全控整流桥的输出端设置平波电抗器；三相全控整流桥与平波电抗器集成为整流单元；

逆变单元是一个单独集成的模块；

所述控制单元是FPGA芯片，结合FPGA芯片内部相应的频率跟踪和相位锁定电路，形成闭环结构，实现频率的自适应，控制时序逻辑，用于频率跟踪。

结合图2所示，通过三相全控整流桥将三相电进行整流后，通过电抗器进行平波，然后进行隔离，供给逆变单元。

结合图3所示，利用FPGA进芯片冲时序逻辑控制，同时利用FPGA芯片内部的数字锁相环的设计，该锁相环是完全的数字系统，该系统只含逻辑器件且内部所有信号皆为数字信号，首先数字鉴相器将外部负载信号的相位与当前谐振单元的信号相位进行比较得到相位差，然后建立一个八位外部计数器模块N，其时钟就是K计数器与ID计数器的时钟，复位信号为负载电流信号，利用负载电流频率随时修改外部计数器N的参数，达到频率的同步，实现对谐振频率的锁定。

本实施例利用RS485实现主控单元与触摸屏的通信。本实施例各个单元之间同时采用了I/O通信，利用I/O进行信息通信，快速的得到输入点、输出点的信息。

操作测量系统包含了电压采样电路、电流采样电路、过流保护逻辑、故障显示及处理电路，电压采样电路、电流采样电路主要是为了获取逆变电路的电流及母线电压，由FPGA芯片控制保护逆变单元不被损坏。

本实用新型中，逆变单元、谐振单元、感应单元、水冷单元以及操作测量系统是现有技术中的常规配置。

本实用新型中，所述逆变单元四组IGBT模块组成。

本实用新型中，所述谐振单元采用L-C并联谐振电路，结构简单，易于实施。

本实用新型中，操作测量系统包含了电压采样电路、电流采样电路、过流保护逻辑、故障显示及处理电路，电压采样电路、电流采样电路主要是为了获取逆变电路的电流及母线电压，由FPGA芯片控制保护逆变单元不被损坏。

本实用新型中，整流单元与现有技术的区别在于：集成了平波电抗器，并且是单独集成的模块。

本实用新型中，逆变单元是单独集成的模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，为本实用新型较佳的具体实施方式，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中的部分技术特征进行等同替换。