基于DSP的应急电源的设计和实现

论文摘要

本文研究了一种新型的基于DSP的应急电源系统,该系统采用双向的PWM变流器,双向的DC/DC电路,使用DSP全数字控制。在正常供电情况下,实现对蓄电池组的充电管理;当市电断电的情况下,系统通过逆变器把蓄电池中的直流电转换成交流电提供给负载。该系统具有结构简单、智能化、低成本等特点。本文着重于介绍如何设计一个3KVA的应急电源,首先介绍了应急电源的整体设计方案,并对应急电源的工作原理、设计的技术指标以及系统的各个功能模块进行了详细的描述。并分别对应急电源的硬件设计和软件设计进行了介绍,详细地介绍了各个功能模块的设计,对各个模块器件的参数进行了计算,并给出了具体的电路图,在软件设计部分给出了整体结构和各个部分控制程序的软件框图。同时,本文也介绍了应急电源的基本概念、分类以及应急电源的发展状况和发展趋势,并介绍了应急电源和逆变电源的区别以及逆变性应急电源与不间断电源的区别。并且介绍了在设计中采用的一些关键技术,介绍了DSP如何产生PWM波,逆变器及其控制方式,PID控制的数字化,铅酸蓄电池的一些基本概念,并对LC滤波器以及对BUCK/BOOST变换器进行了数学分析。最后,对系统的SABER仿真结果进行展示,验证了该设计方案是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 应急电源的基本概念
• 1.2 应急电源的分类
• 1.2.1 应急照明和事故照明类
• 1.2.2 应急照明及混合型负载类
• 1.2.3 电机专用的变频起动类
• 1.3 应急电源的发展状况
• 1.3.1 国际发展状况
• 1.3.2 国内发展状况
• 1.4 EPS 与逆变电源的区别
• 1.5 逆变型应急电源（EPS）与不间断电源（UPS）的区别
• 1.5.1 功能区别
• 1.5.2 应用领域区别
• 1.6 应急电源的发展趋势
• 1.6.1 国际发展趋势
• 1.6.2 国内发展趋势
• 第二章 应急电源的整体设计
• 2.1 应急电源的工作原理
• 2.2 应急电源的技术指标和主要功能
• 2.3 应急电源总体方案的系统组成
• 第三章 应急电源的工作原理及数学分析
• 3.1 关于DSP
• 3.2 DSP 产生PWM 波
• 3.2.1 事件管理器PWM 输出的产生
• 3.2.2 产生PWM 的寄存器设置
• 3.2.3 对称PWM 波形的产生
• 3.3 BUCK/BOOST 变换器
• 3.3.1 BUCK 变换器的数学分析
• 3.3.2 BOOST 变换器的数学分析
• 3.4 逆变器及其控制方式
• 3.4.1 逆变器的介绍
• 3.4.2 逆变器的控制方式
• 3.4.3 模拟控制与数字控制
• 3.5 PID 控制
• 3.5.1 PID 控制介绍
• 3.5.2 PID 反馈环节的数字化
• 3.6 LC 滤波器的数学分析
• 3.7 铅酸蓄电池概述
• 3.7.1 EPS 配用的蓄电池常识介绍
• 3.7.2 蓄电池的常见充电方式介绍
• 3.7.3 蓄电池的最佳充电方式
• 3.7.4 EPS 充电器的基本设计要求
• 第四章 应急电源的硬件设计
• 4.1 控制模块的设计
• 4.1.1 DSP 的时钟设计
• 4.1.2 DSP 的电源设计
• 4.1.3 DSP 程序和数据区存储器的扩展设计
• 4.1.4 TM5320LF2407A 的引导加载ROM
• 4.2 信号采集电路的硬件设计
• 4.3 IGBT 模块的选型
• 4.4 IGBT 驱动电路的设计
• 4.4.1 关于IGBT 的驱动模块
• 4.4.2 驱动模块的外围电路
• 4.5 BUCK/BOOST 模块电感和电容的参数计算
• 4.5.1 电感参数的计算
• 4.5.2 磁芯选择和电感匝数计算
• 4.5.3 电容参数的计算
• 4.6 逆变器滤波电路的设计
• 4.7 吸收电路的设计
• 第五章 应急电源的软件实现
• 5.1 软件整体结构
• 5.1.1 系统工作状态的相互关系
• 5.1.2 程序结构框图
• 5.2 逆变模块的程序结构
• 5.3 正弦函数表的计算
• 5.4 BUCK/BOOST 模块的程序结构
• 5.5 A/D 模块的数据采集
• 5.6 关于PI 调节数字化的问题
• 5.7 CAN 总线的通讯
• 第六章 仿真结果
• 6.1 逆变部分的仿真
• 6.1.1 仿真原理图和仿真结果
• 6.1.2 通过逆变仿真得到的结论
• 6.2 BOOST 模块的仿真
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果