基于DSP的中小功率直流电源节能老化系统研究与开发

【摘要】： 开关电源作为电子设备的电力供应装置,在计算机、通信、铁路、航天、家用电器等领域得到了越来越广泛应用。为提高电源产品的稳定性和可靠性,国内外厂商普遍采用电阻耗能方式对中小功率电源进行老化试验。中国是世界上最大的中小功率电源产品生产制造国,传统老化试验方式造成能量的巨大浪费,对多种容量等级产品适应性差等缺陷。因此,研究更具经济性和适应性的节能老化试验系统具有十分重要意义。 针对中小功率电源老化能量分散,难于实现高性价比能量回馈的问题,论文提出了电源串并联均流控制和相位跟踪高频PWM逆变技术解决方案。通过大批量试验电源串并联工作方式实现老化过程中能量的集中回馈;采用支路电流闭环跟踪控制实现各并联支路间均流,确保功率平衡分配。利用PWM整流器工作在有源逆变状态,并对逆变电流进行精确锁相控制,显著提高回馈到电网的电能质量。 论文建立了系统状态空间平均模型和小信号线性模型,利用Matlab/SIMUlink电力系统工具箱对系统进行多工况仿真研究,仿真系统响应快、振荡小、抗扰动能力强、运行平稳,达到了最优系统设计。在此基础上,进行硬件选型、电路设计和控制软件开发,构建了基于DSP的双闭环直接电流控制中小功率直流电源节能老化试验系统实验平台。实验结果表明,系统实现了对试验电源老化电流的精确控制,确保了并联支路间功率分配平衡;完成了老化能量的回馈,实现了单位功率因数运行要求。达到了经济、环保、节能、高效的目的,具有广阔的工程实际应用推广价值。 【关键词】：开关电源 节能老化 并联均流 高频PWM逆变 DSP
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM910
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 直流稳压电源概述9-11
• 1.2 直流稳压电源节能老化试验的重要性和必要性11-12
• 1.3 直流稳压电源的老化试验技术发展现状12-14
• 1.3.1 电阻耗能式12-13
• 1.3.2 相控有源逆变式13-14
• 1.3.3 节能回馈型电子负载14
• 1.4 电力电子技术的发展14-17
• 1.4.1 电力电子器件的发展15-16
• 1.4.2 脉冲宽度调制(PWM)控制技术的广泛应用16
• 1.4.3 PWM软开关、多电平电路的应用16-17
• 1.5 本文主要研究内容17-18
• 第二章 中小功率直流电源节能老化试验系统结构18-31
• 2.1 节能老化试验系统特点18-19
• 2.1.1 系统能量流分析18-19
• 2.1.2 系统结构设计需要解决的问题19
• 2.2 电压源串并联均流控制技术19-24
• 2.2.1 串并联均流试验方案19-20
• 2.2.2 电源串并联电路简化模型20-22
• 2.2.3 电源并联均流实现原理22-24
• 2.3 电流控制电压调节器的硬件实现24-31
• 2.3.1 电流控制电压调节器的技术要求24-25
• 2.3.2 PWM集成控制器NCP120025-26
• 2.3.3 PWM反馈控制电路26-28
• 2.3.4 电流控制电压调节器硬件电路28-31
• 第三章 能量回馈并网逆变电路的分析与设计31-48
• 3.1 单相高频PWM整流逆变电路31-33
• 3.2 主电路参数设计33-38
• 3.2.1 交流侧滤波电感的设计33-36
• 3.2.2 直流侧二次谐波滤波器的设计36-37
• 3.2.3 直流侧支撑电容的设计37
• 3.2.4 主电路其他参数的设计37-38
• 3.3 PWM整流逆变电路的数学模型38-42
• 3.3.1 变流器的数学模型38-40
• 3.3.2 电源老化电流控制数学模型40-42
• 3.4 双闭环直接电流控制策略的分析与设计42-48
• 3.4.1 PWM整流逆变器控制策略42-44
• 3.4.2 交流内环控制系统设计44-46
• 3.4.3 直流外环控制系统设计46-47
• 3.4.4 滞环电流控制系统设计47-48
• 第四章 系统的仿真研究及分析48-63
• 4.1 MATLAB/SIMUlink简介48-49
• 4.2 系统仿真模型的建立49-52
• 4.2.1 电源串并联仿真模型49-50
• 4.2.2 单相并网逆变主电路仿真模型50
• 4.2.3 控制电路仿真模型50-51
• 4.2.4 电源串并联电路与逆变电路接口设计51-52
• 4.3 系统仿真参数52-55
• 4.3.1 主电路仿真参数52-53
• 4.3.2 控制电路仿真参数53-55
• 4.4 仿真结果及分析55-63
• 4.4.1 并网逆变电路仿真结果及分析55-59
• 4.4.2 老化系统仿真结果及分析59-63
• 第五章 基于TMS320F2812DSP的控制系统实现63-82
• 5.1 TMS320F2812适于变流器控制的特点63-68
• 5.1.1 TMS320F2812概述63-64
• 5.1.2 片内外设的中断扩展(PIE)64-65
• 5.1.3 模数转换器(ADC)65
• 5.1.4 事件管理器(EV)65-68
• 5.2 控制系统硬件电路实现68-73
• 5.2.1 控制系统硬件电路总体结构68
• 5.2.2 TMS320F2812 DSP系统68-69
• 5.2.3 电流检测电路69-70
• 5.2.4 电网电压同步检测电路70-72
• 5.2.5 故障处理电路72-73
• 5.2.6 光电隔离和电平转换电路73
• 5.3 控制系统软件开发73-82
• 5.3.1 系统主程序与定时器下溢中断程序74-76
• 5.3.2 数字锁相环DPLL76-80
• 5.3.3 系统保护和故障诊断程序80-82
• 第六章 实验装置结构及结果分析82-88
• 6.1 实验装置结构及电路参数82-84
• 6.1.1 实验装置结构82-83
• 6.1.2 实验电路主要元件及参数83
• 6.1.3 实验装置实物图83-84
• 6.2 实验结果及分析84-88
• 6.2.1 直流侧实验波形及分析84-86
• 6.2.2 交流侧实验波形及分析86-88
• 第七章 总结88-90
• 7.1 结论88-89
• 7.2 后续工作89-90
• 参考文献90-94
• 致谢94-95
• 攻读硕士学位期间参加科研项目和发表论文情况95

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