数字技术、电力电子技术以及控制论的进步推动弧焊电源从模拟阶段发展到数字阶段。数字化逆变弧焊电源不仅可靠性高、控制精度高而且容易大规模集成、方便升级，成为焊机的发展方向，推动了焊接产业的巨大发展。针对传统的埋弧焊电源存在的体积大、控制电路复杂、可靠性差等问题，本文提出了双逆变结构的焊机主电路实现方法和基于“MCU+DSP”的数字化埋弧焊控制系统的设计方案。 本文详细介绍了埋弧焊的特点和应用，从主电源、控制系统两个方面阐述了数字化逆变电源的发展历程，对数字化交流方波埋弧焊的国内外研究现状进行了深入探讨，设计了双逆变结构的数字化焊接系统，实现了稳定的交流方波输出。 根据埋弧焊的电弧特点和交流方波的输出特性，本文采用双逆变结构设计焊机主电路，一次逆变电路选用改进的相移谐振软开关，二次逆变电路选用半桥拓扑形式，并研究了两次逆变过程的原理和控制方式，进行了相关参数计算。根据主电路电路的设计要求，电流型PWM控制芯片UC3846用于一次逆变电路的控制并抑制变压器偏磁，选择集成驱动芯片EXB841作为二次逆变电路的驱动。 本课题基于“MCU+DSP”的双机主控系统来实现焊接电源的控制。其中主控板单片机ATmega64L主要负责送丝机和行走小车的速度反馈及闭环PI运算、电机PWM斩波控制以及过压、过流、过热等保护电路的控制。DSP芯片MC56F8323则主要负责焊接电流、焊接电压的反馈和闭环PI运算以及控制焊接时序，以确保良好的电源外特性输出。外部控制箱通过按键、旋转编码器进行焊接参数和焊接状态的给定，预置和显示各种焊接参数，快速检测焊机状态并加以保护。 主控板芯片之间通过SPI通讯，外部控制箱和主控板之间则通过RS—485协议交换数据。通过软件设计，实现焊接参数的PI调节，精确控制了焊接过程，并进行了抗干扰设计，解决了影响数字化埋弧焊电源稳定运行的电磁兼容问题。 系统分析了交流方波参数的变化对焊接效果的影响，通过对焊接电流、焊接电压的波形分析，证明了本课题设计的埋弧焊电源能够精确控制引弧、焊接、 收弧等焊接时序，并可以有效抑制功率开关器件的过流和变压器的偏磁问题，取得了良好的焊接效果。 最后，对数字化交流方波埋弧焊的控制系统和焊接试验进行了总结，分析了系统存在的问题和不足，并指出了新的研究方向。 关键词：埋弧焊；交流方波；数字化；逆变；软开关技术
上传时间： 2013-04-24
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在以节能、环保和安全为中心的现代汽车中，电气设备越来越多，电气负荷越来越大，用新的42V车载电源系统取代现有的14V电源系统将是大势所趋。目前车载开关电源大都采用模拟控制方案，具有很多缺点，因此非常有必要研究数字控制方案，以便提高变换性能。鉴于此，开展了以车载数字开关电源的理论与设计为对象的研究内容： 基于L4981B的Boost DC/DC变换器的实现。在Boost DC/DC变换器理论分析的基础上，利用有源PFC电路板，基于模拟控制器L4981B制作成最大输出功率1kW的24VDC-42VDC变换器。 基于TL494的推挽DC/DC和Boost DC/DC变换器的实现。在推挽变换器理论分析的基础上，基于模拟控制器TL494进行了功率电路、控制电路和保护电路的原理图设计和PCB设计，制作成最大输出功率0.5kW、系统效率87％的24VDC-42VDC车载开关电源。利用此电路板，基于模拟控制器TL494制作成最大输出功率1kW的24VDC-42VDC变换器。 基于TMS320F2808的Boost DC/DC变换器和单相逆变器的实现。在Boost DC/DC变换器和单相逆变器相关理论分析的基础上，采用数字PI控制，基于数字控制器TMS320F2808进行了功率电路、输出电压闭环控制电路、检测电路和驱动电路的原理图设计和PCB设计以及软件设计，制作成额定输出功率0.5kW、系统效率86％的24VDC-42VDC车载数字开关电源和24VDC-97VDC-330VDC、42VDC-24VAC变换器。
上传时间： 2013-07-04
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当今高新技术不断发展，越来越多的高精度仪器设备对输入电源，特别是对输入交流电源的稳压精度要求越来越高。与此同时，随着我国经济的发展和用电负载的急剧增加，电压波动和波形畸变等供电质量问题日趋突出，不能满足高精度仪器设备的需要，因而就需要在电网和这些设备之间增加高稳压精度、宽稳压范围的交流稳压电源。基于Delta逆变技术的交流稳压电源既能进行瞬时的交流电压稳定补偿，又能提高整流输入端的功率因数，减少谐波对电网的污染，因而具有重要的实际意义和研究价值。 本文采取串联补偿型变换器作为主电路的拓扑结构，并从能量双向传输方面对主电路进行了详细阐述。针对Delta逆变器工作特点对交流稳压电源的工作原理进行了分析，并提出一种正向补偿采取整流加高频斩波，负向补偿采取有源箝位Buck变换器的工作模式。建立Delta逆变器与电网相互作用的等效电路模型，得出了理想补偿电压与实际补偿电压定量关系式，分析了逆变输出滤波器的结构、位置对滤波效果的影响和电气参数对实际补偿效果的作用规律。完成了逆变器的输出滤波器、补偿变压器的设计和PWM整流器电容参数的计算。 针对稳压系统中Delta逆变器和PWM整流器两个主体环节，对Delta逆变器的前馈、反馈控制特性和PWM整流器的间接、直接电流控制特性分别进行了综合比较，并应用MATLAB软件建立了改进前馈控制与直接电流控制的仿真模型，对Delta逆变交流稳压速度和精度进行了系统仿真分析，给出了仿真波形，验证了文中所述控制策略的可行性。
上传时间： 2013-07-10
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超声波电源广泛应用于超声波加工、诊断、清洗等领域，其负载超声波换能器是一种将超音频的电能转变为机械振动的器件。由于超声换能器是一种容性负载，因此换能器与发生器之间需要进行阻抗匹配才能工作在最佳状态。串联匹配能够有效滤除开关型电源输出方波存在的高次谐波成分，因此应用较为广泛。但是环境温度或元件老化等原因会导致换能器的谐振频率发生漂移，使谐振系统失谐。传统的解决办法就是频率跟踪，但是频率跟踪只能保证系统整体电压电流同频同相，由于工作频率改变了而匹配电感不变，此时换能器内部动态支路工作在非谐振状态，导致换能器功率损耗和发热，致使输出能量大幅度下降甚至停振，在实际应用中受到限制。所以，在跟踪谐振点调节逆变器开关频率的同时应改变匹配电感才能使谐振系统工作在最高效能状态。针对按固定谐振点匹配超声波换能器电感参数存在的缺点，本文应用耦合振荡法对换能器的匹配电感和耦合频率之间的关系建立数学模型，证实了匹配电感随谐振频率变化的规律。给出利用这一模型与耦合工作频率之间的关系动态选择换能器匹配电感的方法。经过分析比较，选择了基于磁通控制原理的可控电抗器作为匹配电感，通过改变电抗控制度调节电抗值。并给出了实现这一方案的电路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812为核心设计出实现这一原理的超声波逆变电源。实验结果表明基于磁通控制的可控电抗器可以实现电抗值随电抗控制度线性无级可调，由于该电抗器输出正弦波，理论上没有谐波污染。具体采用复合控制策略，稳态时，换能器工作在DPLL锁定频率上；动态时，逐步修改匹配电抗大小，搜索输出电流的最大值，再结合DPLL锁定该频率。配合PS-PWM可实现功率连续可调。该超声波换能系统能够有效的跟随最大电流输出频率，即使频率发生漂移系统仍能保持工作在最佳状态，具有实际应用价值。
上传时间： 2013-04-24
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随着电信业的迅猛发展，电信网络总体规模不断扩大，网络结构日益复杂先进。作为通讯支撑系统的通讯用基础电源系统，市场需求逐年增加，其动力之源的重要性也日益突出。庞大的电信网络高效、安全、有序的正常运行，对通信电源系统的品质提出了越来越严格的要求，推动了通信电源向着高效率、高频化、模块化、数字化方向发展。 本文在广泛了解通信电源的行业现状和研究热点的基础上，深入研究了开关电源的基本原理及相关技术，重点分析了开关电源功率因数技术及移相全桥软开关PWM技术的基本原理，并在这基础上设计了一款通信机房常用的48V/25A的通信电源模块，该电源模块由功率因数校正和DC/DC变换两级电路组成，采用了一些最新的技术来提高电源的性能。例如，在电路拓扑中引入软开关技术，通过采用移相全桥软开关PWM变换器实现开关管的零电压开通，减小功率器件损耗，提高电源效率；采用高性能的DSP芯片对电源实现数字PWM控制，克服了一般单芯片控制器由于运行频率有限，无法产生足够高频率和精度的PWM输出及无法完成单周期控制的缺陷；引入了智能控制技术，以模糊自适应PID控制算法取代传统的PID算法，提高了开关电源的动态性能。 整篇论文以电源设计为主线，在详细分析电路原理的基础上，进行系统的主电路参数设计、辅助电路设计、控制回路设计、仿真研究、软件实现。
上传时间： 2013-05-26
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随着数字集成电路技术的不断发展，数字集成电路的供电电源-电压调节模块（VRM）也有了新的发展趋势：输出功率越来越大、输出电压越来越低、输出电流越来越大。因此，对低输出电压、大输出电流的VRM及其相关技术的研究在最近几年受到广泛的关注。 本文以36V-72V输入、1V/30A输出的VRM为研究对象，对VRM电路拓扑进行分类和比较，筛选出正反激拓扑为主电路，并详细研究了针对正反激拓扑的新型同步整流驱动方案。首先，分析了在软开关环境下，有源筘位正反激电路的详细工作过程；其次，介绍了同步整流技术的概念，对同步整流驱动方案进行了分类，筛选出适用于正反激拓扑的新型同步整流驱动方案，并详细分析了该驱动电路的工作原理；再次，介绍了有源箝位正反激电路主要元件的设计方法，介绍了新型同步整流驱动电路的设计要点，并给出设计实例；最后，对电路仿真，并制作了一台36V-72V输入、1V/30A输出的实验样机，验证了研究结果和设计方案。
上传时间： 2013-06-16
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高压直流电源广泛应用于医用X射线机，工业静电除尘器等设备。传统的工频高压直流电源体积大、重量重、变换效率低、动态性能差，这些缺点限制了它的进一步应用。而高频高压直流电源克服了前者的缺点，已成为高压大功率电源的发展趋势。本文对应用在高输出电压大功率场合的开关电源进行研究，对主电路拓扑、控制策略、工艺结构等方面做出详细讨论，提出实现方案。 高压变压器由于匝比很大，呈现出较大的寄生参数，如漏感和分布电容，若直接应用在PWM变换器中，漏感的存在会产生较高的电压尖峰，损坏功率器件，分布电容的存在会使变换器有较大的环流，降低了变换器的效率。本文选用具有电容型滤波器的LCC谐振变换器为主电路拓扑，它可以利用高压变压器中漏感和分布电容作为谐振元件，减少了元件的数量，从而减小了变换器的体积。 LCC谐振变换器采用变频控制策略，可以工作在电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM)，本文对这两种工作模式进行详细讨论。针对CCM下的LCC谐振变换器，本文分析其工作原理，用基波近似法推导出变换器的稳态模型，给出一种详尽的设计方法，可以保证所有开关管在全负载范围内实现零电压开关，减小电流应力和开关频率的变化范围，并进行仿真验证。基于该变换器，研制出输出电压为41kV，功率为23kW的高频高压电源，实验结果验证了分析与设计的正确性。 针对DCM下的LCC谐振变换器，本文分析其工作原理，该变换器可以实现零电流开关，有效地减小IGBT拖尾电流造成的关断损耗。论文通过电路状态方程推导出变换器的电压传输比特性，在此基础上对主电路参数进行设计，并进行仿真验证。基于该变换器，研制出输出电压为66kV，功率为72kW的高频高压电源，实验结果表明了方案的可行性。
上传时间： 2013-04-24
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本文从感应加热基本原理出发，概述了感应加热技术的现状及发展趋势，在分析串联谐振逆变器各种功率控制策略原理及优缺点的基础上，对于移相调功轻载时的缺陷，本文将有限双极性PWM法引入逆变器轻载时的输出控制，通过DPLL锁相，使滞后桥臂的电压与电流始终保持一定的相位，同时结合非轻载时移相功率调节良好的特性，提出了一种基于DSP的新型功率控制策略，克服了传统移相全桥的缺点，使得高频逆变电源在轻载条件下仍能实现软开关，且轻载时电流连续调节范围广，三角畸变程度轻于PSPWM，大幅度的扩大了负载的适用范围，提高了电源整机效率。 在对新型PWM功率控制串联谐振逆变器工作过程进行分析的基础上，解决了所有开关管的软开关问题；并通过分析功率输出单元的输出电压、电流、功率等，进而得到一个脉冲周期的输出电压、电流及功率的计算式。在这些理论分析的基础上，本文设计了基于新型PWM功率控制策略的感应加热电源实验系统，对主电路各元器件进行了精确计算与设计，设计了以TMS320LF2407A为核心的控制与保护电路，并对DSP外围电路进行设计，同时编写了基于新型PWM功率控制策略，以数字环相环及功率控制算法为核心的DSP程序，相关的仿真与实验系统得到的输出波形很好的验证了新型PWM控制策略的可行性。
上传时间： 2013-04-24
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变频电源具有低损耗和高效率等显著优点，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标，随着工业上变频电源的广泛应用，对其性能参数的检测也越来越重要，因此对变频电源设备输出电参数进行测量方面的研究具有重要的意义。 论文综述了国内外各种交流变频电参数测量系统的研究现状和应用技术，根据变频设备的工作机理和输出特性，提出了系统的总体设计方案。由于变频设备的输出范围广且变化快，并且国内大部分参数测量设备都是针对工频进行设计的，基于此本文采用高速的数字处理器和改进的算法来进行控制实现。 论文首先给出了各电参数测量的国际标准和理论基础，重点分析了如何通过希尔波特变换来实现频率的测量。为了滤除不需要的高次谐波并精确的测量频率，建立了FIR滤波器模型，通过MATLAB编程进行了数字仿真，验证了算法的正确性；利用周期法进行了其它电参数的测量实现，并在Labview 中进行了仿真，作为辅助分析软件具有快速直观的特点并有很大的通用性。 在理论分析和仿真的基础上，论文设计了基于TMS320F2812 DSP的控制系统，并结合原理图介绍了各模块运行原理；重点分析了如何利用CPLD来实现时序控制的功能，并给出了VHDL设计的程序和仿真结果。最后进行软件程序上的设计，对各部分进行了程序分析和设计，各模块结构相互关联，具有很好的扩展性和移植性。
上传时间： 2013-04-24
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开关电源具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点，广泛应用于电子整机与设备中，在以往的AC-DC电路中，由二极管组成的不可控整流器与电力网相接，为在电网中会产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网，使得功率因数较低。为了提高AC-DC电路输入端的功率因数，采用了功率因数校正。 本文采用TMS320F2812实现开关电源的功率因数校正，分析了DSP实现功率因数校正的控制方法和具体实现，对于软件中参数的标么值实现进行了理论推导，为了使输出功率在输入电压变化的一定范围内保持不变，采用了前馈电压，对于数字PI调节环采用了抑制积分饱和的方法，以防止系统失控。 论文中通过对AC-DC整流电路和加入Boost功率因数校正后的电路进行了Matlab的仿真，通过输入电压和输入电流波形的比较，可以很容易地看到功率因数的提高。 在具体的电路实现中，采用霍尔元件检测输入电感电流、输入电压和输出电压，经过DSP的A/D采样后，在DSP内部经过程序计算，输出PWM波形驱动MOSFET的开通与关断，使输入电感电流波形与输入电压波形一致。 本文实现了系统仿真，给出了仿真波形，分析了硬件设计电路并完成了电路的局部仿真，软件编程方面给出了主程序和各个子程序的软件流程图，提出了以后研究的方向。
上传时间： 2013-06-17
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