基于DSP的变频调压电源的研究和设计

论文摘要

近几年,随着世界经济一体化进程的加快和一些特殊行业的迅猛发展,变频调压电源的应用越来越广泛,人们对变频电源的质量、功能、性能指标、智能化程度以及成本都有了更高的要求。然而,基于模拟电路技术发展起来的电源产品,性能得不到提高、质量得不到保证,功能满足不了人们使用的需求。这种情况已经严重影响了相关行业的发展和技术进步。因此,研究高性能智能化变频调压电源有着十分重要的现实意义,同时对整个逆变行业的产品技术大融合也有积极的推动作用。本文提出了一种基于DSP(数字信号处理器TMS320F2812)技术的三相变频调压电源产品的实现方法。在详细研究了DSP硬件结构、软件编程以及电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术原理和控制算法的基础上,利用DSP的高运算能力及专门用于控制领域的丰富外设,实现了SVPWM波形的产生、频率变化输出、相位和电压的跟踪控制以及PI的算法控制等。SVPWM波经放大后用于IPM(IntelligentPower Module)中的绝缘栅双极型晶体管栅级驱动,控制电源的输出电压和频率,实现变频电源的智能数字化控制。这样极大地增强了电路的集成度,降低了电路的工艺难度,并且减少了成本,提高了产品可靠性。文章研究的重点是变频调压电源的逆变输出及其数字化控制方法;主要工作是搭建了10kVA、400Hz的电源产品的硬件平台和软件编程基础。首先,设计了电源的主电路,其中逆变电路选用驱动控制方便、保护功能完善的IPM模块;实现了IPM的接口电路和供电电源电路制作。其次,设计了基于DSP的控制系统硬件电路,SVPWM接口电路、相关的模拟信号调理及A/D转换电路、SCI通讯和CAN硬件接口等电路。最后,完成了整机的软件规划和流程设计,且应用C语言编制了SVPWM控制算法程序和PI的控制算法程序以及其他相关程序。在硬件平台上进行了样机试验测试,并得到了很好的试验数据和效果;和基于SPWM的模拟电源相比,不仅直流电压利用率高,而且输出波形品质好。在试验样机基础上,文章深入研究了利用CAN总线实现变频电源并联的方案,从对多个电源并联条件的分析入手,实现了基于CAN总线的电源产品在线扩容与冗余设计方案。整个电源设计结构简单明了,模块化清晰,功能齐全且易于进行升级和功能扩展。方案充分体现了当前变频电源的高频化、数字化、模块化的发展趋势。设计出的电源产品具有体积小、效率高、噪声小、变频范围宽、精度高、可靠性强、输出正弦信号波形品质好的优点,并且有较好的实用价值。本课题在研究中,参阅了大量国内外先进资料和各种逆变最新发展技术,在此基础上进行了全数字式变频电源开发和研制。从各个功能局部电路实现到整个电源的工作原理都做了较详细的分析。电源样机测试结果表明,各项性能指标和功能均达到了预期的目标和要求。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 缩略名词索引
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题提出的背景
• 1.2 变频调压电源概述
• 1.3 变频调压电源的历史和现状及发展趋势
• 1.4 本课题研究的目的和主要内容
• 第二章 基于DSP的数字化控制技术
• 2.1 数字控制与模拟控制
• 2.2 数字信号处理器（DSP）概述
• 2.3 主控芯片TMS320F2812介绍
• 第三章 SVPWM原理分析
• 3.1 SVPWM调制技术概述
• 3.2 SPWM与SVPWM调制技术的比较
• 3.3 SVPWM调制原理与实现方法
• 第四章 变频调压电源的硬件电路设计
• 4.1 电源的主电路构成
• 4.2 智能功率模块IPM应用
• 4.2.1 IPM的特点
• 4.2.2 IPM的保护功能
• 4.2.3 IPM的选型
• 4.2.4 IPM驱动接口电路设计
• 4.2.5 IPM驱动供电电源设计
• 4.3 基于DSP的控制电路设计
• 4.3.1 以TMS320F2812为核心的控制电路
• 4.3.2 DSP系统电源模块
• 4.3.3 DSP系统复位电路
• 4.3.4 SVPWM输出接口电路设计
• 4.3.5 模拟量输入采集电路
• 4.3.6 通讯接口电路
• 第五章 基于DSP变频电源的软件设计
• 5.1 DSP软件编程的特点
• 5.2 控制系统的软件设计
• 5.2.1 控制系统软件整体设计
• 5.2.2 各个功能模块的实现
• 5.3 实验结果分析
• 第六章 基于DSP变频电源并联的研究
• 6.1 多个变频电源并联运行的条件
• 6.2 电流均流控制方式
• 6.3 基于CAN总线变频电源并联的实现
• 第七章 试验样机测试数据
• 第八章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表