基于逆变技术的工频磁场发生器的研究

论文摘要

工频磁场发生器是用于电磁兼容抗扰度试验的主要设备,用以模拟不同环境下各种设备、电源产生的工频磁场干扰信号。它作为工频磁场抗扰度试验的主要设备,随着国家强制认证标准的实施,已成为检测产品电磁兼容性设计中的重要工具。目前国内市场上的工频磁场发生器都是采用先经调压器调压然后通过变流器变流来实现,设备体积庞大,成本较高且控制困难,精度难以提高。本文所研究的工频磁场发生器是通过电力电子变流技术来实现所需的电流源输出,控制易实现,精度高,在设备体积及成本上也有较大优势。 本设计依据电压控制电流源原理,使用了DC-AC-DC的电路拓扑,采用电流反馈,通过调节占空比来改变控制脉冲宽度从而调整和稳定输出电流。其主电路是采用的桥式不控整流、boost升压电路和全桥逆变的电路结构,并经LC滤波电路将输出的方波变换为正弦波。在控制电路设计中,采用单片机系统及专用芯片实现PWM输出及电压、电流信号的采集、转换和处。集成芯片与分立元件控制电路相比具有简单可靠及易于调试的优点。采用共模抑制电路、光耦隔离、看门狗、数字滤波等措施从整体上提高了电路的电磁兼容性及可靠性,使其在复杂的电磁环境中可以稳定运行。 本文详细分析了整个系统的设计思路及设计过程,介绍了适用于稳流源的功率电路拓扑方案及控制策略,推导了重要的公式,计算了主要的参数,阐述了单片机控制程序的编写过程。最后,对系统进行了仿真及试验,验证了本设计的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 工频磁场发生器的国内外研究现状
• 1.3 本文的选题意义及研究内容
• 2 工频磁场发生器设计方案
• 2.1 工频磁场抗扰度试验简介
• 2.2 工频磁场发生器的设计要求
• 2.3 新型磁场发生器的设计思路
• 2.3.1 恒流源的种类
• 2.3.2 稳流源整体方案设计
• 3.系统主电路设计
• 3.1 系统总体介绍
• 3.2 主电路拓扑
• 3.3 浪涌电压抑制
• 3.4 输入EMI滤波器的设计
• 3.4.1 电源中的噪声问题
• 3.4.2 滤波器设计
• 3.5 输入整流电路的设计
• 3.5.1 桥式整流电路的设计
• 3.5.2 输入滤波电容的设计
• 3.5.3 输入滤波电感的设计
• 3.6 Boost电路的设计
• 3.6.1 Boost电路原理分析
• 3.6.2 Boost电路元件参数的计算
• 3.6.3 Boost电路元件的选择
• 3.7 SPWM逆变电路设计
• 3.7.1 SPWM技术的基本原理
• 3.7.2 PWM逆变电路的控制方式
• 3.7.3 逆变电路参数设计
• 3.7.4 输出LC滤波电路
• 4 系统控制及检测电路设计
• 4.1 单片机系统简介
• 4.2 SPWM波形产生电路
• 4.2.1 SA4828工作原理
• 4.2.2 SA4828与单片机的连接
• 4.2.3 SA4828的编程
• 4.3 Boost电路的驱动及控制
• 4.3.1 MOSFET的驱动设计
• 4.3.2 Boost电路的控制
• 4.4 系统保护电路
• 4.4.1 输入过、欠压保护电路
• 4.4.2 过流保护设计
• 4.5 信号采样及转换电路
• 4.5.1 采样电路设计
• 4.5.2 信号隔离电路
• 4.5.3 A／D转换电路
• 4.5.4 D／A转换电路
• 4.6 PCB及其抗干扰设计
• 5 系统软件设计
• 5.1 软件开发环境介绍
• 5.2 主程序设计
• 5.3 初始化程序
• 5.4 SA4828控制子程序
• 5.5 A／D的采样、转换和传输程序
• 5.6 看门狗子程序
• 5.6.1 喂狗及延时程序
• 5.6.2 看门狗程序
• 5.7 数据处理
• 5.8 数字PID控制算法设计
• 5.8.1 系统数学模型的建立
• 5.8.2 数字PI控制算法选择
• 5.8.3 数字PI参数选择
• 5.8.3 数字PI算法的编程实现
• 6 系统仿真及调试
• 6.1 主系统的MATLAB仿真
• 6.1.1 动态仿真工具Simulink简介
• 6.1.2 主电路仿真模型的建立
• 6.1.3 仿真结果及分析
• 6.2 控制部分PCB的调试
• 6.2.1 静态调试
• 6.2.2 动态调试
• 6.3 软件调试
• 7 总结与展望
• 7.1 全文工作总结
• 7.2 后续工作的展望
• 参考文献
• 附录A 控制部分整体电路图
• 附录B 控制电路PCB板实物图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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