基于DSP控制的SPWM变频电源的研究

论文摘要

变频电源是一种将工频电通过一种功率转换装置（AC-DC-AC）按照实际需要转换成在一定范围内频率和电压可调的正弦交流电的电力电子装置。变频电源的难点是逆变控制系统,随着数字信号处理器的发展和运算速度的提高,控制系统中的一些难题逐步得到了解决。由数字信号处理芯片组成的逆变控制系统,无论是在集成度、抗干扰性、灵活性,还是在在线控制、精确度等方面都达到了前所未有的发展。本课题基于TI公司的2000系列数字信号处理器,首先,深入研究逆变电源中的滤波电路、整流电路、功率因数校正电路、逆变电路。滤波设计采用有源滤波技术（APF）,它主要是采用指令电流运算和电流跟踪控制环节在DSP调节下实现控制,采用注入的谐波电流和无功补偿用来抵消由非线性负载引起的谐波电流污染和无功损耗,注入的补偿电流的分量大小、方向与谐波电流的大小相等、方向相反,达到补偿,实现滤波效果。功率因数校正采用有源功率因数校正技术（APFC）,用DSP控制实现电流跟踪电压波形,达到功率因数的校正效果。脉冲宽度调制技术是逆变控制系统设计的难点,本课题深入研究了几种SPWM的数字化生成方法（包括切线逼近采样法和割线逼近采样法）。并针对每种方法进行了比较得出最优化的方法。由于逆变设计中加了死区,课题还对调制中的死区效应进行分析,并进一步研究了死区补偿的几种常见方法。然后,根据要求提出了硬件设计方案：主要包括以DSP为控制核心的采样保护电路、有源滤波电路、逆变开关保护和缓冲电路、基于液晶和矩阵键盘的人机交换平台等。软件部分主要给出了逆变系统的总体设计,包括A／D采样子程序、液晶显示、SPWM生成算法等。最终,课题根据以上提出的设计方案,在Matlab和Simulink中对整个控制系统进行建模,得出仿真波形,并对仿真图进行分析,验证方案的可行性。为后续逆变电源的研究和设计建立一个坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 变频电源研究的背景与目的
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 变频电源主电路的开发
• 2.1 变频电源的结构及工作原理
• 2.2 整流电路的设计
• 2.3 功率因数校正电路的设计
• 2.3.1 功率因数校正技术
• 2.3.2 功率因数校正电路设计
• 2.3.3 PWM控制电路
• 2.4 逆变电路的模型与工作原理
• 2.4.1 电压型单相方波逆变电路及其工作原理
• 2.4.2 正弦脉冲宽度调制（SPWM）逆变电路
• 2.5 滤波器的设计
• 2.5.1 APF并联运行系统
• 2.5.2 APF并联控制策略
• 2.6 本章小结
• 第3章 SPWM调制技术及其生成规则
• 3.1 SPWM的生成
• 3.1.1 单极性倍频正弦脉冲调制技术
• 3.1.2 BSPWM（双极性正弦脉冲宽度调制）逆变器
• 3.1.3 SPWM的一般生成方法
• 3.1.4 广义的规则采样法
• 3.2 死区对SPWM逆变的影响及补偿
• 3.2.1 死区对SPWM逆变的影响
• 3.2.2 死区对SPWM逆变影响的常用的补偿方法
• 3.3 本章小结
• 第4章 变频电源的控制系统硬件设计与软件设计
• 4.1 基于TMS320LF2407的硬件控制系统的设计
• 4.1.1 DSP芯片的简单介绍
• 4.1.2 最小系统的设计
• 4.2 采样电路保护电路的设计
• 4.2.1 过流采样保护
• 4.2.2 过温采样保护
• 4.3 有源滤波（APF）电路的设计
• 4.3.1 指令电流运算
• 4.3.2 电流跟踪控制和驱动
• 4.4 功率开关的驱动与保护
• 4.4.1 IGBT驱动电路
• 4.4.2 IGBT的保护电路设计
• 4.5 显示电路的设计
• 4.6 逆变电源的软件系统的设计
• 4.6.1 主控系统
• 4.6.2 A/D采样系统子程序设计
• 4.6.3 液晶显示系统
• 4.6.4 SPWM的生成流程
• 4.7 本章小结
• 第5章 逆变电源的系统仿真
• 5.1 Simulink简单介绍
• 5.2 基于Simulink的SPWM仿真
• 5.3 单相逆变系统的建立与分析
• 5.4 滤波系统的设计
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢