高频链车载逆变电源的研究与设计

论文摘要

目前高性能车载逆变电源拥有着广阔的市场需求。随着高频链逆变技术的飞速发展和数字控制技术的不断成熟,车载逆变电源的小型化和高效化已成为可能。本文首先阐述了高频链逆变技术产生和发展,分析了几种具有代表性的电压源和电流源高频链逆变技术的优缺点。同时介绍了逆变器数字控制技术的研究现状。在这些基础上,本文提出了课题的主要研究内容。在电气方案设计部分中,首先分析了全桥直流变换的工作原理和单极性SPWM逆变原理。并通过对两种电压源高频链逆变器的比较,确定采用容易实现的单向型高频链逆变器结构。从而确定了电源的主电路及整个系统的电气方案。在硬件设计和仿真验证部分中,首先根据电气方案将硬件系统分为前级DC-DC硬件设计、高频变压器设计和后级DC-AC硬件设计。然后对前级DC-DC和后级DC-AC进行电路参数计算、器件的选择、主电路和控制电路的设计。并使用Saber仿真软件验证已经设计好的方案。高频变压器设计部分通过面积乘积法算得变压器的磁芯型号、绕线规格和绕制方法。最后计算变压器的损耗和温升,确定设计变压器的可用性。在逆变电源的控制系统设计部分中,首先对已设计好的逆变器主电路进行建模,再采用状态空间平均法对逆变系统的数学模型进一步简化,建立逆变器的小信号模型。对电源系统进行分析,选择合适变量设计一个稳定性好、动态响应快的电压电流双闭环控制。最后得到电压电流双闭环控制方法的dsPIC实现。在软件设计部分中,首先进行了开环系统软件设计和电压电流双闭环控制系统软件设计。最后给出了实验结果并对实验结果进行分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 高频链逆变技术的发展
• 1.2.1 高频链逆变技术概念的提出
• 1.2.2 电压源高频链逆变技术
• 1.2.3 电流源高频链逆变技术
• 1.3 逆变器数字控制技术的研究现状
• 1.3.1 数字控制技术的优点
• 1.3.2 数字控制方法
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 高频链逆变电源电气方案的设计
• 2.1 高频链逆变电源的工作原理
• 2.1.1 全桥直流变换工作原理
• 2.1.2 单极性SPWM逆变原理
• 2.2 高频链逆变电源电气方案设计
• 2.2.1 高频链逆变电路的选择
• 2.2.2 高频链逆变电源的电气方案
• 2.3 本章小结
• 第3章 高频链逆变电源的硬件设计和仿真验证
• 3.1 前级DC-DC硬件设计
• 3.1.1 前级DC-DC电路参数计算
• 3.1.2 MOSFET选择及其缓冲吸收电路设计
• 3.1.3 前级整流滤波电路设计
• 3.1.4 前级DC-DC控制电路设计
• 3.1.5 仿真验证
• 3.2 高频变压器设计
• 3.2.1 高频变压器使用的磁芯材料
• 3.2.2 磁芯的结构
• 3.2.3 高频变压器参数的计算和设计
• 3.2.4 校核窗口和绕制方法
• 3.2.5 损耗与温升计算
• 3.3 后级DC-AC硬件设计
• 3.3.1 后级DC-AC电路参数计算
• 3.3.2 MOSFET选择及其缓冲电路设计
• 3.3.3 滤波电路设计
• 3.3.4 SPWM逆变控制电路设计
• 3.3.5 仿真验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 电源的控制系统设计及实现
• 4.1 逆变电源系统建模
• 4.1.1 系统的建模
• 4.1.2 状态空间平均法建模
• 4.2 控制方法的选择
• 4.3 小信号模型的初步分析
• 4.4 电压电流双闭环控制系统设计
• 4.4.1 电流内环调节器设计
• 4.4.2 电压外环调节器设置
• 4.5 电压电流双闭环控制的dsPIC实现
• 4.6 本章小结
• 第5章 高频链逆变电源的软件设计和实验结果
• 5.1 高频链逆变电源的软件设计
• 5.1.1 dsPIC中单极性SPWM逆变原理
• 5.1.2 开环系统的软件设计
• 5.1.3 闭环控制系统的软件设计
• 5.2 高频链车载逆变电源实验结果
• 5.2.1 前级DC-DC实验结果分析
• 5.2.2 后级DC-AC实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢