基于单片机的低频高压脉冲电源的研究

论文摘要

随着现代生产技术的不断进步,各种用电设备日趋精密化,复杂化和小型化。为了保证其安全运行,这就对各用电设备的电源提出了更高的要求。目前普遍采用开关电源作为电源主流解决方案,而脉冲电源作为一种特殊的电源,正逐步在更加广阔的领域得到应用。例如在很多场合,需要脉冲电源的脉冲宽度、幅度以及频率能够调节。以往低频高压脉冲电源的制作主要采用脉冲变压器升压法或者利用高反向耐压开关管进行直流斩波的方法,但由于变压器体积较大和高压开关管耐压值受到限制不易制造,故难以达到工业生产要求。本论文的高压脉冲电源采用单片机控制高频PWM调制芯片SG3525工作时间的方法,改变逆变电路工作状态,最终使系统输出脉冲波形。其输出脉冲电压幅度连续可调,脉宽和频率也均可由用户在规定范围内调整。本论文还采取了有效的电源输出保护策略,当系统过流时,立即进行保护动作,且不会因为实现保护功能而引起其他器件的损坏或对用户造成人身伤害,安全性高,是一种稳定可靠的可调高压脉冲电源。本论文首先阐述了课题的研究背景,对各种脉冲发生方法进行了比较。然后介绍了系统整体框图及其工作流程。并按模块化的设计思想分别对系统的硬件电路和软件设计进行了分析。硬件电路包括:单相交流调压模块DTY-220D40E的使用,主电路拓扑结构分析,辅助电源电路,脉冲形成电路,稳压调压电路,半桥逆变电路的驱动电路,系统输出端的双向4倍压整流电路,过流保护电路,高频高压变压器的设计,键盘输入模块的设计,液晶接口电路,输出信号采集电路与A/D转换电路。软件编程部分的主要算法有:控制芯片负责的键盘处理程序,脉冲产生算法;检测芯片负责的脉冲检测算法,频率检测算法以及两芯片都要用到的液晶显示程序。同时,给出了各程序模块的设计思想和流程图。最后根据软硬件设计结合搭建实验电路,得出了较理想的系统输出脉冲波形,证明了其可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 脉冲电源的特点及发展动态
• 1.3 脉冲电源的应用及研究现状
• 1.3.1 脉冲电源在电加工领域的应用及研究现状
• 1.3.2 脉冲电源在环境工程领域的应用及研究现状
• 1.3.3 脉冲电源在其他领域的应用
• 1.4 论文的研究意义
• 1.5 论文的主要研究工作及本文内容结构
• 1.6 本章小结
• 2 脉冲电源总体结构
• 2.1 脉冲实现方式
• 2.2 脉冲电源总体结构
• 3 系统硬件电路的设计
• 3.1 主电路拓扑结构
• 3.1.1 常用拓扑结构
• 3.1.2 半桥逆变式变换器工作原理
• 3.2 高频开关电源主要功能模块
• 3.2.1 全隔离单相交流调压模块
• 3.2.2 辅助电源电路
• 3.2.3 脉冲形成电路
• 3.2.4 稳压调压电路
• 3.2.5 驱动电路
• 3.2.6 倍压整流电路
• 3.2.7 过流保护电路
• 3.3 磁性元件设计
• 3.3.1 磁性材料和结构
• 3.3.2 高频变压器的设计
• 3.3.3 绝缘问题
• 3.4 人机接口电路
• 3.4.1 键盘输入模块的设计
• 3.4.2 液晶接口电路
• 3.5 信号采集电路
• 3.5.1 输出信号采集电路
• 3.5.2 A/D转换电路
• 3.6 本章小结
• 4 系统软件设计
• 4.1 整体程序流程
• 4.2 控制芯片程序模块
• 4.2.1 键盘处理程序
• 4.2.2 脉冲产生程序
• 4.3 检测芯片程序模块
• 4.3.1 A/D转换程序
• 4.3.2 脉宽检测程序
• 4.3.3 频率检测程序
• 4.4 液晶显示程序
• 4.5 本章小结
• 5 实验结果
• 5.1 安全操作与调试要领
• 5.2 实验结果分析
• 5.2.1 显示界面的输出
• 5.2.2 实验结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 系统软件的重要程序模块源代码
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢