数控高精度PWM调制特种电源Read.PDF

第 33 卷 　第 3 期 低 　　温 　　与 　　超 　　导 Vol . 33 　No . 3 2005 年 8 月 　　　　　　　CR YO GEN ICS AND SU P ERCONDU C T IV I T Y 　　　　　　　　 Aug . 2005 数控高精度 PWM 调制特种电源 孙启兰 ,周皖生 , 胥春茜 , 李多 , 杨玉玲 ( 中国电子科技集团公司第十六研究所 ,合肥 230043) 摘要 :介绍了两种斯特林制冷机数控驱动源 ,分析了单极性驱动方式与双极性驱动方式对红外探测芯片产生的干扰情 况 ,并根据与系统的联试比较了两种数控驱动源的优缺点 。说明了数字滤波技术 、PID 控制算法及 V/ F 转换电路在提 高温控精度和减少电源对探测芯片干扰中的优势 。 关键词 : 电磁兼容 ; 数字 PID 控制算法 ; 数字滤波技术 ; V/ F 转换 ;斯特林制冷机 1 　概述 红外探测器是红外芯片信号处理的关键技术核心 。而电磁干扰对信号有极大的危害 ,轻则降低探测 灵敏度 ,产生虚假信号 ;重则导致整个红外探测系统瘫痪 。我们知道红外探测芯片只有在液氮温度下才可 正常工作 ,斯特林制冷机组件正是使芯片冷到液氮温度的关键部件 。驱动控制源不仅提供电机的驱动能 ( ) 力 , 同时在制冷机制冷温度达到某温度点时 如液氮温度 77 K 能控制制冷机的制冷量 , 以使冷头温度稳定 在此温控点上 。所以对制冷机驱动控制源的性能指标要求越来越高 ,主要体现在可靠性 、温控精度 、效率 、 电磁干扰等方面 。 目前我们使用的斯特林制冷机驱动控制源是一种 DC/ A C 逆变电源 ,它通过 PWM 双极性控制原理实 现驱动 ,而且温度采样及功率调节是利用单片机 P IC18F252 来实现 ,并且在程序中采用了数字 P ID 控制算 法及数字滤波技术 ,设计出一种数控高精度 PWM 调制特种电源 ,并取得了很好的效果 ,使电源的各项技 术指标均有显著提高 ,且电磁兼容性有了很大的改善 。 2 　工作原理 2 . 1 D SZ100 型驱动控制源工作原理 D SZ100 型是我们早期设计的一种斯特林制冷机驱动控制源 ,它的驱动部分采用了 H 桥型单极 PWM 驱动方式 ,它驱动功率能达到 100W ,且温控精度达到 ±1 K 。它的工作框图如图 1 。 图 1 　D SZ100 型驱动控制源 ( ) 可靠性试验浅述 D SZ100 型驱动控制源驱动部分由4 个开关管 带续流二极管 组成 ,单电源供电。如 图2 ,4 个开关管分成两组 ,Q 1H 、Q2l 为一组 ,Q2 H 、Q 1l 为另一组 。同一组的开关管同步导通或关断 ,不同 组的开关管的导通与关断正好相反 。单极性驱动方式在工作的过程中 , 由于 4 个开关管都处在开关状态 , 存在着电流波动大 、功率损耗较大的缺点 。其中程序发生的 PWM 波的载波频率为 100k Hz , 由于频率较 高 ,它以电磁能形式直接向空间辐射 ,并以干扰电流的形式沿着输入 、输出端的导线和地线传送 。另外 , 由 于输出波形换向时死区时间 Td 的存在 , 电源输出波形会产生交越失真 。这种高频干扰 、交越失真会对整 个系统产生电磁干扰 ,影响系统正常工作 。其带制冷机工作输出波形见图4 。 收稿 日期 :2005 - 04 - 11 ·6 · 第 3 期 　　　　　　　　　　　　孙启兰等 :数控高精度 PWM 调制特种电源 　　　　　　　　　　　　　　　　2005 年 2 . 2 　D SZ100A 型驱动控制源原理 D SZ100A 型 电源是 D SZ100 型驱动控制源 的改进 型 ,它是一种数控高精度 PWM 调制特种电源 ,它的工作 框图如图3 。 D SZ100A 型驱动控制源的驱动部分采