高频链SPWM正弦波逆变电源的设计

论文摘要

针对逆变电源在通信和新能源利用(太阳能电池、风力发电等)等领域具有广泛的应用需求,论文对这些领域所需的逆变电源进行研究,这类电源的共同点是具有低压直流输入和工频正弦交流输出。在广泛调研的基础上,设计以全桥变换器作为主电路、以DSP和UCC3895作为控制器的高频链逆变器。首先,介绍国内外对高频链逆变器的研究情况。高功率密度和高效率是现代电力电子功率变换器不断追求的目标,高频链技术在此方面有着巨大的优势,是研究设计工作的指导思路。设计采取的逆变方案为“DC(低压)/DC(高压)/AC(高频SPWM脉冲)”。该方案虽然有三个功率变换环节,但其原理简单,实现的技术成熟,并且能很好地实现高频链和SPWM逆变器的结合,产生谐波含量低的工频正弦波输出。其次,深入分析基于移相全桥PWM的DC/DC变换器的工作原理和电路特点。对DC/DC变换器的主电路进行设计,并对该环节电路器件进行选取。在SPWM(正弦脉宽调制)逆变环节的设计上,建立该环节的系统模型并对系统的稳定性做判定;对逆变环节电压环和电流环进行软件的结构设计;采用单极性SPWM方式和数字PI调节器,使逆变器输出稳定的正弦波。最后,在控制器设计上,采用模拟PWM控制集成电路来实现移相全桥DC/DC变换器的控制,实现功率传递和稳压;而对于高频SPWM逆变,采用DSP数字电路实现SPWM触发脉冲的生成,在消除谐波、提高开关频率、简化电路结构,提高集成度和可靠性等方面,取得了较好的效果。实验证明,设计的高频链SPWM正弦波逆变电源在体积、重量和效率方面,均得到改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 高频链逆变技术概述
• 1.2.1 高频链逆变器分类
• 1.2.2 电力电子器件
• 1.2.3 PWM 技术及控制策略
• 1.3 国内外现状、目的及意义
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 高频链逆变电源DC/DC 环节的设计
• 2.1 高频链DC/DC 变换器主电路的构成
• 2.2 高频DC/DC 环节控制策略的比较和选择
• 2.2.1 双极性PWM 控制方式
• 2.2.2 有限双极性PWM 控制方式的原理及特点
• 2.2.3 移相PWM 控制方式的原理及特点
• 2.3 移相全桥DC/DC 变换器的工作过程分析
• 2.4 DC/DC 环节主电路器件的选取
• 2.4.1 主开关器件
• 2.4.2 整流二极管的选取
• 2.5 DC/DC 环节高频变压器的设计
• 2.5.1 AP 法铁心尺寸的确定
• 2.5.2 变压器实际参数计算
• 2.6 输出滤波器的设计
• 2.6.1 输出滤波电感的计算
• 2.6.2 输出滤波电容的计算
• 2.7 本章小结
• 第3章 高频SPWM 逆变环节的设计
• 3.1 DC/AC 环节SPWM 逆变器的构成
• 3.2 DC/AC 环节SPWM 逆变器系统模型的建立
• 3.2.1 系统模型建立
• 3.2.2 系统的稳定性判定
• 3.3 正弦脉宽调制（SPWM）方式的比较和选择
• 3.3.1 双极性正弦脉宽调制
• 3.3.2 单极性正弦脉宽调制
• 3.4 PID 控制技术
• 3.4.1 数字PI 调节器
• 3.4.2 PI 调节器的抗积分饱和及参数整定
• 3.5 基于DSP 的SPWM 波形的产生
• 3.5.1 基准正弦波的生成
• 3.5.2 SPWM 波的生成
• 3.6 SPWM 逆变环节软件结构
• 3.6.1 电压环的设计
• 3.6.2 电流环的设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 控制电路实现与试验结果分析
• 4.1 基于UCC3895 的DC/DC 控制模块的实现
• 4.1.1 DC/DC 变换器PWM 控制集成电路的选型
• 4.1.2 UCC3895 特点与工作原理
• 4.1.3 DC/DC 控制模块
• 4.2 基于DSP 的DC/AC 控制模块的设计
• 4.2.1 TMS320LF2407A 数字信号处理器
• 4.2.2 DC/AC 控制模块的实现
• 4.3 试验结果及分析
• 4.3.1 电源性能指标
• 4.3.2 试验结果及分析
• 4.4 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