基于DSP低温等离子消毒电源的研究

论文摘要

低温等离子体在工业上的应用具有十分广阔的前景。目前,研究较多的是在大气压下以介质阻挡电晕放电产生离子体。本文是利用等离子体能够消毒的原理,并且针对现实中传统的消毒杀菌技术存在的缺陷限制,设计了低温等离子消毒电源,而介质阻挡放电产生等离子体的效果直接与电源的电压、频率和波形相关。所以高电压、高频率的低温等离子消毒电源的设计是本课题的实现目标。本设计采用380v交流输入,经三相整流成直流后,通过直流斩波调压,再通过IGBT逆变为交流,最后通过电感滤波、变压器升压和光谱分析判断是否完全启动来实现输出为高频高压的正弦波。实现目标:输出电压在10~20kV可调工作频率:10~20kHz可调功率:5~10kW同时,本文根据低温等离子消毒电源的放电结构,建立其数学模型,分析设计主电路拓扑结构和控制策略;对电源的整流电路、斩波电路、逆变电路、驱动及保护电路等进行了分析,给出了主电路和控制电路的设计方案和参数;并采用TI公司的TMS320LF2407A DSP芯片作为控制核心,设计其外围电路,给出部分程序。本文创新之处:在国内外对介质阻挡放电研究基础之上,提出了一种新的等离子放电等效电路,分为高压启动电路和正常工作电路,同时基于该模型进行了分析,为器件的选择和变压器的参数确定打下了基础。在理论分析的基础上,通过设计一台样机,实验证明该方案是可行的,杀菌消毒实验也证明了该电源在消毒过程中具有温度低、时间短、无残留、无污染、安全可靠的优点,并具有广阔的前景和实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 低温等离子消毒电源的提出
• 1.2 等离子体与介质阻挡放电
• 1.2.1 等离子体的概念
• 1.2.2 介质阻挡放电的定义
• 1.2.3 等离子体的产生
• 1.3 低温等离子体消毒电源的应用
• 1.4 低温等离子电源的现状和发展趋势
• 1.4.1 等离子消毒电源的现状
• 1.4.2 等离子电源的发展趋势
• 1.5 本课题意义及主要完成任务
• 1.5.1 选题的研究意义
• 1.5.2 研究内容和实现目标
• 1.6 本章小结
• 第二章 等离子消毒电源的原理和放电建模
• 2.1 等离子消毒电源的组成
• 2.1.1 消毒电源的结构组成
• 2.1.2 放电发生器的分类和特点
• 2.2 等离子消毒电源的放电过程建模和分析
• 2.2.1 等离子消毒电源的放电建模
• 2.2.2 等离子消毒电源的放电等效电路
• 2.3 放电工作电路分析
• 2.3.1 启动过程分析
• 2.3.2 基波等效电路分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 等离子消毒电源逆变电路和功率调节设计
• 3.1 等离子消毒电源逆变电路拓扑结构分析
• 3.1.1 串联谐振逆变器
• 3.1.2 并联谐振逆变器
• 3.1.3 逆变电路拓扑结构的选择
• 3.2 等离子消毒电源功率调节方式
• 3.2.1 逆变侧功率调节
• 3.2.2 直流侧功率调节
• 3.3 基于DSP 的功率调节的设计
• 3.3.1 三种调功控制方式的比较
• 3.3.2 基于DSP 的功率闭环系统
• 3.3.3 数字PI 功率控制
• 3.3.4 PI 控制功率算法实现
• 3.4 本章小结
• 第四章 等离子消毒电源的电路设计与参数确定
• 4.1 整流滤波电路
• 4.2 调压逆变电路
• 4.2.1 调压电路
• 4.2.2 逆变电路
• 4.3 输出电路
• 4.3.1 变压器的模型分析
• 4.3.2 变压器绕组和铁芯的选择
• 4.3.3 变压器参数的确定
• 4.4 驱动电路
• 4.5 保护电路
• 4.6 缓冲电路
• 4.7 信号检测电路
• 4.7.1 电压电流检测
• 4.7.2 锁相信号检测
• 4.8 频率跟踪控制电路
• 4.8.1 锁相环原理
• 4.8.2 传统锁相环电路
• 4.8.3 基于DSP 锁相环的设计
• 4.9 DSP 辅助电路设计
• 4.9.1 JTAG 仿真电路和有源晶振
• 4.9.2 DSP 电源及复位电路
• 4.9.3 EEPROM 扩展电路
• 4.9.4 DSP 与PC 通讯串口电路
• 4.10 本章小结
• 第五章 等离子消毒电源的软件部分设计
• 5.1 TM5320LF2407DSP 简介
• 5.2 主程序流程图
• 5.3 部分程序设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验结果分析与展望
• 6.1 系统电路图
• 6.2 仿真及实验结果
• 6.2.1 仿真结果
• 6.2.2 实验结果
• 6.3 消毒灭菌实验
• 6.4 试验结果分析
• 6.5 全文总结及展望
• 6.6 本章小结
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录 A 辅助电路图
• 附录 B 作者攻读硕士学位期间发表的学术论文和参与项目