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基于DSP大功率开关功率放大器分析与设计

2020-12-07阅读(181)

基于DSP大功率开关功率放大器分析与设计

论文摘要

随着电动振动试验系统的发展,亟需高性能、高效率、大功率的功率放大器与之配套。开关功率放大器效率高、通频带宽、体积小,正逐步取代效率低下、体积庞大的线性功率放大器,是目前研究的热点。随着DSP技术的发展,TMS320C24x系列DSP(数字信号处理器)外设丰富,芯片编程灵活,具有数字控制固有的优点。以其为核心的控制系统成本低、性能可靠,在开关功放的控制中广泛应用。目前,如何实现开关功率放大器的数字化控制,是研究的重点。本文综述了目前电动振动试验系统中开关功放的发展现状,总结和比较了开关功放的控制策略,研究了影响其性能的主要参数。根据电动振动试验系统对开关功放的要求,提出了以电感电流瞬时值控制技术为基础的三电平脉宽调制开关功放的设计方案,并通过系统仿真进行了原理性论证;然后设计并制作了开关功放的硬件,包括功率转换电路,基于DSP的控制电路,驱动、隔离电路以及保护电路;针对开关功放数学模型不易得出的特点,细致分析了模糊自适应PID控制方法,在此基础上编写了控制程序;研制出一台功率为2kVA,通频带为10～3kHz的三电平脉宽调制开关功放;论文中还探讨了实现大功率开关功放的方法,分析了各种方法的可行性,给出了实现大功率开关功放的思路,并进行了并联开关管实现大功率开关功放的实验。最后,对设计的开关功放进行了一系列实验,给出了实验波形。

论文目录

  • 致谢
  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 1 引言
  • 1.1 电动振动试验系统概述
  • 1.2 电动振动试验系统中功率放大器简介
  • 1.3 开关功放控制系统发展概况
  • 1.4 研究现状
  • 1.4.1 国外研究现状
  • 1.4.2 国内研究现状
  • 1.5 选题背景与意义
  • 1.6 论文工作与内容安排
  • 2 开关功率放大器的研究
  • 2.1 开关功放的原理与结构
  • 2.2 开关功放的分类
  • 2.2.1 两电平开关功放
  • 2.2.2 三电平开关功放
  • 2.3 电动振动试验对开关功放的要求
  • 2.4 开关功放性能参数的分析与确定
  • 2.4.1 开关功放的负载特性
  • 2.4.2 效率分析
  • 2.4.3 纹波分析
  • 2.4.4 电流响应速度
  • 2.4.5 开关频率
  • 2.4.6 大功率开关功放实现方案
  • 2.5 三电平PWM开关功放的实现
  • 2.5.1 三电平PWM开关功放的原理
  • 2.5.2 三电平PWM开关功放的系统设计
  • 2.6 安全问题分析
  • 2.6.1 浪涌问题
  • 2.6.2 振荡问题
  • 2.6.3 非线性问题
  • 2.6.4 电磁兼容
  • 2.7 本章小节
  • 3 功率转换级的硬件设计与实现
  • 3.1 功率转换级总体设计
  • 3.2 直流电源电路
  • 3.3 逆变器开关器件的选型
  • 3.4 驱动电路设计与实现
  • 3.4.1 系统对驱动电路的要求
  • 3.4.2 驱动芯片的选型
  • 3.4.3 驱动电路
  • 3.4.4 隔离电路
  • 3.5 检测与调理电路
  • 3.5.1 检测电路
  • 3.5.2 调理电路
  • 3.6 保护电路
  • 3.6.1 过流保护电路
  • 3.6.2 直通保护电路
  • 3.6.3 漏源极过压保护电路
  • 3.6.4 栅源极过压保护电路
  • 3.7 低通滤波电路
  • 3.8 本章小结
  • 3.9 驱动板和功率转换级实物图
  • 4 控制系统硬件设计与实现
  • 4.1 开关功放控制系统的结构
  • 4.2 TMS320LF2407A简介
  • 4.3 控制系统硬件构成与功能
  • 4.4 DSP外围电路
  • 4.4.1 电源模块
  • 4.4.2 复位及电源监测电路
  • 4.4.3 时钟振荡电路
  • 4.4.4 外部存储器与DSP的接口电路
  • 4.4.5 JTAG接口电路
  • 4.5 本章小结
  • 4.6 控制系统实物图
  • 5 控制系统软件设计与实现
  • 5.1 控制算法
  • 5.1.1 模糊自适应PID控制
  • 5.1.2 数字低通滤波算法
  • 5.2 控制芯片片上外设及设置
  • 5.2.1 模数转换器（ADC）
  • 5.2.2 事件管理器模块（EV）
  • 5.3 控制软件的实现
  • 5.3.1 编译环境简介
  • 5.3.2 软件结构与主程序
  • 5.3.3 系统初始化
  • 5.3.4 PWM和ADC初始化
  • 5.3.5 PID子程序
  • 5.3.6 中断服务子程序
  • 5.3.7 A/D转换
  • 5.4 软件设计中的注意事项
  • 5.5 本章小结
  • 6 仿真、实验与结果
  • 6.1 系统仿真分析
  • 6.1.1 功率转换电路仿真模型
  • 6.1.2 PWM脉冲产生模块的仿真模型
  • 6.1.3 开关功放的整体仿真模型
  • 6.1.4 仿真结果
  • 6.2 系统调试与结果
  • 6.3 系统误差分析
  • 6.3.1 硬件误差分析
  • 6.3.2 软件误差分析
  • 6.4 结论与展望
  • 参考文献
  • 作者简历
  • 学位论文数据集

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