小功率单向电压型高频链逆变器的研究

论文摘要

本论文主要针对不停电电源（UPS）和新能源利用等领域具有需求的一类逆变电源进行研究。这类电源具有直流低压大电流输入和工频交流输出的特点。在广泛分析了国内外现有的高频链逆变拓扑及控制策略以后,选择推挽电路作为本系统的主电路拓扑结构并设计了基于数字信号处理器TMS320F2812的控制电路。论文采用的逆变总体方案为DC-DC-AC,该方案有两个功率变换环节,第一级对推挽电路中的双管进行SPWM调制,将直流输入电压高频斩波,经过高频变压器升压后,在整流管后形成单级性的高频高压SPWM脉冲波;第二级采用低频倒相控制策略,将SPWM脉冲波间隔半个工频周期倒相一次,在输出端得到标准的正弦波。第一级是独立的系统,为使其达到较好的动态和静态特性,必须采用闭环控制方式。本论文采用多环反馈,即电压瞬时、有效值反馈外环,滤波电容电流瞬时反馈内环来控制逆变器的输出。前级DC-DC系统的推挽开关管驱动信号和后级倒向开关管驱动信号的产生均由DSP来完成,同时DSP还担负实时监测系统工作状态的任务。最后在MATLAB 6.5/Simulink环境下,对推挽单向电压型高频链逆变器进行了建模和仿真,仿真结果证明了该方案的可行性。利用TMS320F2812目标板及ICETEK-5100USBV2.0A仿真器,搭建了逆变电源的试验装置,进行了部分电路的实际测试并给出了实验结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 传统逆变技术的现状和发展
• 1.2 高频链逆变技术的现状和发展
• 1.3 课题研究的背景及意义
• 1.4 本文所要做的工作
• 1.5 本章小结
• 2 几种高频链逆变电路简介
• 2.1 电压型高频链逆变器综述
• 2.1.1 单向电压型高频链逆变器
• 2.1.2 双向周波电压型高频链逆变器
• 2.2 电流型高频链逆变器
• 2.2.1 单向电流型高频链逆变器
• 2.2.2 双向电流型高频链逆变器
• 2.3 本章小结
• 3 推挽式单向电压源高频链逆变器的研究
• 3.1 主电路拓扑结构与工作原理
• 3.2 控制模式分析
• 3.3 单级性SPWM倍频调制原理
• 3.4 系统闭环控制策略分析
• 3.5 数字PI控制算法的实现
• 3.6 本章小结
• 4 高频链逆变系统的硬件设计
• 4.1 功率器件的设计
• 4.1.1 功率主开关管的参数计算
• 4.1.2 整流管的参数计算
• 4.1.3 变压器次级开关管的参数计算
• 4.2 主变压器偏磁问题
• 4.3 主开关管缓冲及漏感高压抑制电路的设计
• 4.4 高频变压器的设计
• 4.4.1 磁芯尺寸的确定
• 4.4.2 变压器初、次级匝比的确定
• 4.4.3 初、次级绕线设计
• 4.5 输出滤波器的设计
• 4.6 驱动控制电路的设计
• 4.7 输入直流电压保护电路
• 4.8 输出电压采样电路
• 4.9 辅助电源的设计
• 4.10 本章小结
• 5 基于TMS320F2812的系统软件设计
• 5.1 DSP处理器概述
• 5.1.1 DSP处理器的开发特点
• 5.1.2 DSP处理器的发展历程
• 5.1.3 DSP处理器的选择
• 5.2 系统软件的功能与结构
• 5.2.1 软件实现的功能
• 5.2.2 软件总体结构的设计
• 5.2.3 SPWM脉冲波的生成
• 5.3 反馈控制环节的设计
• 5.3.1 数字电压外环的设计
• 5.3.2 数字电流内环的设计
• 5.4 本章小结
• 6 仿真与实验结果分析
• 6.1 MATLAB软件仿真介绍
• 6.2 推挽式电压源单向高频链逆变器的系统仿真建模
• 6.2.1 整体仿真模型
• 6.2.2 仿真模型的参数设定
• 6.3 仿真及实验波形结果分析
• 6.3.1 仿真波形与分析
• 6.3.2 实验波形与分析
• 7 研究总结与展望
• 7.1 结论
• 7.2 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果