可控大功率脉冲电源的研究与设计

论文摘要

脉冲电源的应用领域很广,其主要的应用领域有:脉冲电镀、金属材料凝固过程、工业废气处理、污水处理、高频脉冲感应加热等。由于应用领域不同,对脉冲电源的性能和特征参数的要求就存在差别,因而实现方法也各异。本论文研究的可控大功率脉冲电源主要作为励磁电源应用在大尺寸纳米晶磁环的磁参数测量中。在考察了多种脉冲电源的特点和实现方法后,自行研制了一种幅值、频率和占空比可调的新型智能化大功率脉冲电源,有很好的工程应用前景和理论学术意义。本论文设计的可控大功率脉冲电源主要由可调直流电源和脉冲生成两个部分组成。可调直流电源采用线性电源设计方法,把220V交流电经过变压,整流,滤波后再串上一个连续可调直流电源模块来增强其幅值和可调性。该系统以单片机C8051F330为控制核心,配合直流电磁继电器、可调直流电源模块、双运算放大器等主要元器件,利用软件编程实现的控制策略和采用PID控制算法设计的数字控制器,保证了输出电压的可调与稳定。基于获得的可调直流电源采用了直流斩波原理,通过C8051F330产生两个互补的频率、占空比可调脉冲信号,再经过驱动器IR2110来驱动一个MOSFET全桥电路,从而获得相应的频率、占空比可调的脉冲电源。论文还就各个功能模块的软件实现方法进行了研究与设计。最后对所研制的可控大功率脉冲电源进行了硬件调试及主要性能参数测试,分析并讨论了测试结果,证明该系统已达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景
• 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 脉冲电源在磁参数测量领域的应用及研究现状
• 1.3.2 脉冲电源在其它领域的应用
• 1.4 课题研究的意义
• 1.5 论文的主要研究工作
• 1.6 论文的创新点
• 第2章 可控脉冲电源总体设计
• 2.1 概述
• 2.2 脉冲电源总体结构及工作原理
• 2.3 C8051F330单片机简介
• 2.3.1 芯片概述
• 2.3.2 单片机的A/D与D/A转换功能简介
• 2.3.3 单片机的定时器功能
• 2.4 数据通信
• 2.5 液晶显示
• 2.6 单片机程序调试和下载
• 2.7 系统供电电源设计
• 2.8 本章小结
• 第3章 可调直流电源的设计
• 3.1 电源主回路设计
• 3.2 采样电路设计
• 3.3 用PID控制算法实现稳压
• 3.4 可调电压实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 可调脉冲电压的产生
• 4.1 功率开关器件的选择及MOSFET的相关工作特性
• 4.2 斩波电路的设计
• 4.2.1 驱动器的选择
• 4.2.2 直流斩波驱动电路
• 4.2.3 单片机脉冲信号的产生及调制
• 4.3 本章小结
• 第5章 软件设计
• 5.1 系统主程序模块
• 5.2 系统初始化程序
• 5.3 电压电流检测模块
• 5.4 幅值控制策略的程序实现
• 5.5 PWM发生程序模块
• 5.6 数据通讯软件实现
• 5.7 PID算法实现设计
• 5.8 本章小结
• 第6章 可调脉冲电源系统调试
• 6.1 电路板的安装调试
• 6.2 供电电源测试
• 6.3 可调直流电源测试
• 6.3.1 直流输出电压调整
• 6.3.2 直流输出动态响应
• 6.3.3 直流稳压测试
• 6.4 脉冲波形测试
• 6.5 单片机程序及外围电路调试
• 6.6 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录