直流开关电源设计，软开关电源设计,PFC电路设计
上传时间： 2013-07-21
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由于能源危机和环境污染，世界各国均在投巨资发展电动汽车。燃料电池电动汽车成为电动汽车发展的“热点”。大功率DC/DC变换器能够改善燃料电池的输出特性，是燃料电池轿车动力系统中关键的零部件。然而它作为一种BUCK形式的开关电源，主电路是很强的电磁干扰源，产生的干扰可能通过电源线进入到控制电路板，同时控制电路部分也要用小功率的开关电源进行稳压，因此也可能产生开关噪声经电源线向外传输。因此就必须在控制电路输入端设计电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)滤波器进行传导干扰的抑制。 本论文首先讨论了DC/DC变换器的工作原理，分析了变换器产生传导干扰从而影响控制电路正常工作的原因。 其次全面、系统地阐述了EMI滤波器的相关理论，包括阻抗失配原则、人工电源网络、滤波网络、插入损耗等重要概念。接着研究了滤波元件的选取原则，并针对关键点之一—高频性能展开了分析，借助仿真观察了元件寄生参数的影响，提出了改善滤波器高频性能的部分方法。 随后介绍了滤波器的设计方法，除了介绍通用的设计方法外，着重分析了滤波器设计中的另一个关键点—噪声源阻抗的影响、测量及估算，并在此基础上系统地形成了基于源阻抗的设计方法，同时也考虑了滤波器与开关电源连接时可能出现的系统不稳定性问题，通过仿真分析提出解决方案。 然后阐述了EMI滤波器在工程应用中的各种注意事项。 最后结合DC/DC变换器控制电路的实际干扰情况，设计了EMI滤波器，使控制电路电源输入端的传导干扰基本下降到相关电磁兼容标准(CISPR25)的三级限值以下。
上传时间： 2013-06-15
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伺服系统是一种输出能够快速而精确地响应外部的输入指令信号的控制系统。伺服系统在工业控制和家用电气、航空航天等领域的应用越来越广泛。现代工业生产对伺服设备的性能也提出了越来越高的要求。因此，研制高性能、高可靠性的交流伺服系统有着十分重要的现实意义。 在伺服领域，永磁同步电机在结构特点和运行方式上具有比其它类型的传统伺服电机更为优秀的运行性能和更广泛的适用范围，被越来越多的应用到交流伺服系统。以数字信号处理技术为基础、以永磁同步电机为执行电机，采用高性能控制策略的全数字化永磁同步交流伺服控制系统必将成为伺服控制系统发展的趋势。 本论文在研究永磁同步电动机运行原理的基础上，详细讨论了磁场定向矢量控制理论，确定了id=0的控制策略和空间矢量脉宽调制(SVPWM)的电压调制方法。本文采用TI公司生产的专门用于电机控制的数字信号控制芯片DSP(TMS320LF2407A)作为控制系统核心处理芯片，设计了一套基于DSP的全数字永磁同步电动机伺服控制系统。论文详细论述了控制电路各部分及外围辅助电路的设计和调试，包括功率驱动电路，供电电路与电源电路以及传感器电路等等。软件开发均在TI的CCStudl02.2集成开发环境下完成，软件采用汇编语言编写，完成了主程序模块和子程序模块设计，实现了电流A/D采样、模型切换、转速PI调节等功能，实现了位置、速度和电流双闭环矢量控制，同时给出了主程序和各个子程序模块的流程图。 实验结果表明，基于DSP实现的全数字化交流伺服系统具有响应速度快、速度超调小、转矩脉动小等特点，具有良好的动静态特性以及较高的精度。基本达到了课题预期的效果，从而证明了系统设计的可行性。
上传时间： 2013-05-18
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在太阳能路灯控制系统中，引入最大功率跟踪技术（简称为MPPT），不仅降低了成本，还提高了太阳能路灯的可靠性。太阳能路灯的控制系统采用C8051F330D作为核心器件。其主电路为Buck电路，采用MPPT技术，增强了太阳能光伏电池的转换效率。本论文着重对太阳能路灯控制系统的硬件电路设计，并设置MPPT技术电路的主要器件的参数，对整个路灯控制系统的设计流程进行了分析。 论文综述了太阳能光伏发电及控制技术以及我国在路灯照明应用方面的发展情况。对太阳能光伏电池的输入-输出特性，在不同外界环境的太阳能电池板的输出状况进行了分析对比，结合整个系统的工作能力，对负载选用依据及所选负载参数、蓄电池充放电控制原理进行分析。对采用MPPT技术的小功率光伏发电路灯控制系统做了较为详细的介绍，主要包括MPPT的硬件电路原理及电路中各元器件的参数的选定，以及控制系统中防反接保护、过流保护、信号采集、CPU控制、功率管驱动电路及电源电路等电路设计，还有其它器件的选定和控制器的散热等。也对整个系统的软件设计予以阐述，从CPU的性能、开发工具、主控制程序、MPPT技术控制程序、滤波、稳压、定时、蓄电池充放电控制等程序具体设计逐一分析。论文最后对全文的工作做了总结，对实验数据进行了比较分析，并对太阳能路灯的优缺点进行概括。并对设计的实验结果、实用性进行了总结，并指出本设计中优点与不足，为后续研究提供了参考方向。
上传时间： 2013-06-15
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随着市场经济和现代化工业的发展，能源短缺和环境污染，已经成为制约人类社会健康发展的两大重要因素。新能源的开发与利用愈来愈受到重视，太阳能以其清洁环保、蕴藏丰富等优点逐步得到了开发利用。光伏逆变电源作为太阳能利用中主要的能量变换装置，是目前研究和发展的重要环节。 本课题研究的是可并网三相光伏逆变电源，以追求体积小、效率高、精度大、方便实用为目的，采用了DC—HFAC—DC—LFAC三级功率传输架构，设计中使用了SPWM技术、SVPWM技术、内高频环技术、DSP数字控制技术和数字锁相环技术等前沿实用技术。 直流DC—DC变换器采用内高频环技术，既实现了电气隔离又大大的减小了装置体积。这一部分本文不做涉及，本文所涉及的内容为本系统的DC—AC逆变电源部分，本论文的主要内容如下： 首先，分析了几种DC—AC逆变器的主电路拓扑结构，根据其优缺点与实际应用需要，选择三相四桥臂结构作为本文主电路结构，满足了电网负载的不平衡性。在选择了三相四桥臂结构的基础上，选取两种最新的SVM控制方法：基于三态滞环的瞬时空间电流相量控制法与二维空间矢量控制法，对两种方法作出详细分析比较，根据实用性原则，选取二维空间矢量控制法作为本文的控制方法。 其次，选取了主控芯片TI公司的TMS320F2812，电路中的功能尽量数字化实现，既控制了电路体积，又大大提高了系统的安全性与可靠性。设计了本系统的控制电路、驱动电路、缓冲电路、保护电路、滤波器电路等系统电路，本系统所有硬件电路均设计完毕。为了验证设计的正确性，大部分电路都用ORCAD—Pspice仿真软件进行仿真验证，小部分电路搭建实际电路，设计电路都能达到系统设计要求。 随后，简单介绍了DSP编程环境CCS。详细分析了SVPWM的工作原理，并给出二维空间矢量法在DSP中的实现方法。介绍几种MPPT方法，并选取本课题所选用的方法。 最后，给出系统仿真，分析了重点模块，得到了仿真结果。 关键词：光伏并网电源、空间矢量脉宽调制、内高频环、三相四桥臂
上传时间： 2013-05-19
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随着“节能环保”概念的提出，以解决电力紧张，环境污染等问题为目的的新能源利用方案得到迅速的推广，使得分布式发电备受关注，即将成为世界各国重要的发电形式。带有分布式电源的配电网及电力电子装置的大量应用致使电能质量下降，如何将分布式发电系统的能量回馈至电网的同时有效改善电能质量是一个重要的问题，因此在分布式发电系统中起电能变换作用的逆变器成为研究的一个热点。本篇主要以电压型并网逆变器为研究对象，对并网逆变器的拓扑结构、控制策略、参数的选择、并网实验等方面作出了详细的分析和研究。 首先根据带有分布式发电的配电网的特点提出一种新的谐波治理思路，即将改善电能质量的有源滤波技术结合到分布式逆变电源中，设计一种新型的多功能并网逆变器。用开关函数法建立了并网逆变器小信号数学模型，确定了以PI闭环调节为核心的复合控制策略，同时为了使输出电流控制达到更好的效果，采用电网电压前馈补偿方法抵消电网电压扰动对并网电流的影响；基于瞬时无功功率的id-iq谐波电流检测算法能精确检测和分离所需要的有功和谐波分量；基于DSP的软件锁相控制算法能实现并网电流与电网电压同频同相。 其次对并网逆变器控制系统的软硬件进行了分块设计：对逆变系统的A/D转换电路、逆变驱动电路、PWM信号发生电路等电路进行了详细地分析和说明。利用DSP主控芯片TMS320LF2407A内部的SCI异步串行通信接口实现了逆变器的人机交互功能，利用其内嵌的CAN控制模块实现了逆变器的并机通信功能；同时在TI DSP2000的运行环境下给出控制系统的主程序和周期中断子程序流程。 最后开发了以功率器件IPM构成的三相PWM变流桥主电路的多功能逆变电源实验平台和相关配套辅助电路，完成了逆变电源的输出有功功率及消除谐波的实验并给出了装置样机的实物图以及实验波形图。验证了逆变器工作原理分析的正确性和系统设计思路的可行性。 本文所做工作拓宽了带有分布式发电的配电网谐波治理的思路，对推动我国节能供电、新能源的利用以及改善电网电能质量等方面具有一定的理论意义和较强的实用价值。
上传时间： 2013-06-06
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随着电力电子技术的发展，高压换流设备在工业应用中日益广泛。其核心元件晶闸管（SCR）的电压与电流越来越高（已达到10KV/10KA以上），应用场合要求也越来越高。在国际上，晶闸管的光控技术发展日益成熟。根据对国内晶闸管技术发展前景和需求的展望，本文采用自供电驱动技术与光控技术相结合，研发光控自供电晶闸管驱动控制板，然后与晶闸管本体相结合即形成光控晶闸管工程化实现模型，其可作为光控晶闸管的替代技术。 在工程应用中，光控晶闸管的典型应用场合为四象限高压变频器和国家大型直流输变电系统等。随着国家节能工程的实施，高压变频器的应用范围越来越广泛，已成为工业节能中的重要环节。高压直流换流系统难度大，技术复杂，要求高，本论文研究的光控晶闸管替代技术只作为其储备技术之一。本论文以电流源型高压变频器作为该光控晶闸管替代技术的应用背景重点阐述。 电流源型高压变频器为了提高单机容量，通常是数个SCR串联使用。随着系统容量越来越大，装置对高压开关器件的要求也越来越高。如果一组串联SCR中某一个SCR该导通时没有导通，那么加在该组SCR上的电压都将加到该SCR上形成过电压，造成该器件的击穿损坏，甚至于一组串联SCR都被烧坏。为了克服上述问题，保证高压变频器中串联晶闸管能够安全可靠的工作，提高系统可靠性，有必要为晶闸管配备后备驱动系统。本文提出了给SCR驱动电路增设自供电驱动系统——SPDS （Self—Powered Drive System）的解决办法。SPDS基本功能是通过高位取能电路利用RC缓冲电路中的能量为监测电路和后备触发电路提供正常工作所需要的能量。它的优点是由于缓冲电路与晶闸管同电位，自供电驱动系统要求的电压隔离水平可以从几千伏降低到几百伏，节省了高压隔离变压器，节省了成本和体积，提高了系统可靠性。国外对相关内容已经有了深入研究，并将其应用在高压变频器产品中。在国内，目前还没有查到相关文献。本文为基于晶闸管的电流源型高压变频器设计了一种高压晶闸管自供电驱动系统，填补了国内空白，为自供电驱动系统的推广应用和其他高压开关器件自供电驱动系统的研制提供了参考。 本文详细介绍了串联高压晶闸管驱动系统的要求和RC缓冲电路的工作特 点，进而提出了SPDS的工作原理和具体实现方式，阐述了SPDS各部分组成及其功能。SPDS的核心技术是取能回路和触发方式的设计。本文在比较各种高压取能方式和触发方式优缺点的基础上，选择采用RC缓冲取能方式和光纤触发方式。 论文基于Multisim10仿真软件，结合高压晶闸管自供电驱动系统取能电路的原理，对高压晶闸管自供电驱动系统的核心部分——SPDS取能电路进行了仿真。通过搭建带SPDS取能电路的单相晶闸管仿真电路和电流源型高压变频器前侧变流电路的仿真模型，详细讨论了影响RC取能回路正常工作的各种因素。同时，通过设定仿真电路的参数，分析了其工作状况。根据得到的仿真波形图，证明了高压晶闸管自供电驱动系统可以达到有效触发晶闸管导通的设计目标，具有可行性。 为考察SPDS的实际工作性能，本文搭建了简易的SPDS低压硬件实验平台，为其高压条件下的工程化应用打好了基础。 在论文的最后，对高压晶闸管自供电驱动系统的发展方向进行了展望。 关键词：高压变频器；晶闸管驱动；自供电系统；高压换流；光控晶闸管
上传时间： 2013-05-26
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静电除尘器是环保行业的重要设备，在工业粉尘的回收处理方面有着非常重要的应用。课题的主要内容是研制用于静电除尘的高频大功率高压直流电源，满足国内市场的需要。本文从实际应用的角度出发，对该高压直流电源进行研究并给出了主要研制过程。 第一章首先介绍了静电除尘器的工作原理和除尘器的电特性，然后介绍了几种当前工业界常用的除尘电源的供电方式，并指出了静电除尘电源的发展方向是高频逆变化。在分析了高频化静电除尘电源在国内外的研究现状和发展趋势后，结合课题的要求，提出了本文需要解决的问题。 第二章首先对逆变电路的功率变换技术进行了分析。接着分析了除尘电源采用PWM硬开关方式的电路特性，并利用PSpice软件进行了仿真分析，估算出了采用这种方式开关管的损耗。然后重点分析了采用串联负载串联谐振和LCC串并联负载串联谐振这两种谐振软开关工作方式时的电路特性，推导了电路所满足的条件。在利用PSpice软件仿真分析的基础上估算出了开关管的损耗。最后通过电路损耗和可行性的比较，选择LCC串并联负载串联谐振电流断续的软开关工作方式应用于大功率高频高压电源。 第三章首先确定了三相晶闸管可控整流，电压型全桥IGBT逆变，高频变压器升压和高压硅堆全桥整流的主电路拓扑结构。然后给出了高压直流电源的整流电路、逆变电路、主功率回路以及高频升压变压器的设计过程。整流电路的设计包括晶闸管的选取以及交流电抗器和直流母线滤波电容的设计；逆变电路选用IGBT并联来实现开关管，并详细分析了IGBT驱动器的选择以及在并联形式下的应用；主功率回路的设计主要是包括迭层母线板的设计。 第四章首先简单介绍了高压直流电源在静电除尘应用中的控制策略。然后详细分析了各部分保护电路的工作原理。 第五章给出了样机的实验结果和重要波形，验证了设计的可行性。
上传时间： 2013-04-24
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随着市场经济和现代化工业的发展，能源短缺和环境污染，已经成为制约人类社会健康发展的两大重要因素。新能源的开发与利用愈来愈受到重视，太阳能以其清洁环保、蕴藏丰富等优点逐步得到了开发利用。光伏逆变电源作为太阳能利用中主要的能量变换装置，是目前研究和发展的重要环节。 本文以实际项目为背景，详细地分析了30kVA三相光伏并网逆变电源的研制过程。论文的主要工作如下： 首先，概述了光伏发电的意义以及我国光伏产业的发展现状及前景；介绍了本课题的来源及其主要研究的内容；分析了三相逆变器的数学模型；总结了三相逆变器的各种抗三相不平衡的拓扑结构，从中选择了三相四桥臂作为逆变电源的主电路结构；对四桥臂的各种抗三相不平衡控制策略进行了比较，具体分析了二维空间矢量法的原理，考虑到实际的软硬件条件的限制，对该方法提出了进一步简化应用的方案。 接着，根据项目指标，研制了30kVA三相光伏逆变电源样机的主电路；采用了独立运行时为LC结构，并网运行时为LCL结构的滤波模式，并总结了滤波器参数设计的步骤，给出了滤波器的相关参数；独立地设计和研制了以TMS320F2812芯片为核心的主控板，以及液晶显示、保护、采样、锁相等控制电路，并总结了印制电路板设计中需要注意的事项。 随后，介绍了DSP的编程环境：详细地分析了显示键盘程序、七段式的电压空间矢量PWM程序以及相关的主程序和中断程序并给出了流程图；总结了编程注意事项；构思了光伏逆变电源并网运行的整个过程；具体地说明了锁相环和捕获单元的应用方法；概述了孤岛效应的产生与防治。 最后，设计了独立运行时的MATLAB仿真试验，在闭环中采用了最大误差控制法，取得了良好的仿真效果，并在此基础上，进行了30kVA三相光伏并网逆变电源样机的安装，顺利完成了独立运行的调试，并给出了实验波形。
上传时间： 2013-07-02
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矢量控制变频调速系统是国内当前电气传动和自动化领域研究的热点和技术攻坚的难点。矢量控制技术作为一种先进的控制策略，是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的，具有先进性、新颖性和实用性的特点。其思想就是将异步电动机的数学模型通过坐标变换，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制，从而实现磁通和转矩的解耦控制，以期达到独立控制电机转矩的效果。 本课题基于矢量控制的基本原理，采用TI公司最先进的电机控制专用DSP芯片TMS320F2812，开发出了一套基于转子磁链位置估计和转子速度估计的电流转速双闭环的转子磁场定向直接矢量控制变频调速系统，并实现了实际运行，初步达到了产品化的目标。主要的工作如下： (1)从电机数学模型和坐标系变换入手，采用电流转速双闭环的转子磁场定向直接矢量控制方案，深入探讨了SVPWM和矢量控制的基本原理，并完成了调速系统的功能框图； (2)基于TI公司的DSP芯片TMS320F2812和MITSUBISHI的IPM模块PM50RSA120，设计了调速系统的硬件电路，包括控制电路，驱动电路，电源电路和操作面板电路等； (3)设计了基于转子磁链位置估计和速度估计的电流转速双闭环的转子磁场定向直接矢量控制变频调速系统的软件部分，给出了调速系统的软件流程图和各子模块的具体实现； (4)采用先进的自适应Fuzzy-PI调节器来代替传统的PI调节器作为速度控制器，取得了较好的控制效果； (5)搭建了整个变频调速实验平台，进行了整机测试，给出了实验结果和结论。 该系统已经成功应用于矢量变频器成品生产中，在北京天华博实电气有限公司的变频器生产车间进行了相应的实验。实验表明，该系统具有良好的动静态性能，运行稳定，抗干扰能力强，获得用户好评，不失为一套具有先进性、新颖型、实用性的高性能变频调速系统。
上传时间： 2013-05-25
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