基于ZCS-DPLL控制的高频逆变电源的研究

论文摘要

为提高串联谐振式逆变器的输出效率,减小装置功率器件的开关损耗,确保功率器件的零电流开关（ZCS）模式,必须控制逆变器的工作频率始终与负载的谐振频率保持同步。本文针对传统模拟锁相环的缺点,采用基于DSP的数字锁相环（DPLL）对高频逆变电源的工作频率实时控制,使之同步跟踪负载的谐振。首先通过对高频逆变电源拓扑结构的分析与比较,选择了串联谐振型逆变器作为逆变电路的基本工作方式,同时对功率控制方式进行了选择和分析。其次,通过对锁相环路工作原理及特性分析,对频率控制方式进行了选择和分析,并提出了DPLL频率跟踪控制的策略。结合锁相环的数学模型,在Z域中对该锁相环进行了稳定性分析与动态设计,给出了锁相环的稳定条件。在此基础上采用TMS320F2812对高频逆变电源的频率跟踪控制系统进行了具体的硬件电路设计和软件设计。最后,对本文提出的DPLL频率跟踪控制系统进行了建模与仿真分析。仿真结果表明:数字锁相环的动态分析和设计是合理可行的,用此方法设计的逆变电源具有良好的频率跟踪特性,实现了ZCS软开关。本文提出的基于ZCS-DPLL控制的高频逆变电源具有电路简单、频率跟踪性能好、电源输入功率因数高等许多优点,该频率跟踪控制的方法在高频逆变电源中将具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 感应加热原理
• 1.2 感应加热技术的发展与现状
• 1.3 频率跟踪技术的发展现状
• 1.4 本课题的目的及研究内容
• 第二章 系统控制方案的分析与确定
• 2.1 逆变电源主电路的确定
• 2.1.1 逆变电源主电路拓扑的选择
• 2.1.2 串联谐振逆变器的工作原理
• 2.1.3 串联谐振型感应加热电源系统框图
• 2.2 功率控制方案的分析与选择
• 2.2.1 整流单元功率调节
• 2.2.2 直流单元功率调节
• 2.2.3 逆变单元功率调节
• 2.3 小结
• 第三章 频率跟踪控制方案的选择
• 3.1 频率跟踪的原理
• 3.1.1 锁相环的组成及工作原理
• 3.1.2 线性化相位模型及传递函数
• 3.2 传统PLL频率跟踪控制的实现
• 3.3 基于DPLL频率跟踪控制策略的提出
• 3.3.1 DPLL数字锁相环的特性分析与研究
• 3.3.2 数字锁相环的稳定性分析
• 3.3.3 基于DPLL的频率跟踪控制策略的提出
• 3.4 小结
• 第四章 基于ZCS-DPLL高频逆变电源的硬件设计
• 4.1 TMS320F2812芯片概述
• 4.1.1 TMS320F2812 DSP控制器的结构特点
• 4.1.2 TMS320F2812 DSP控制器的主要功能介绍
• 4.2 基于ZCS-DPLL的高频逆变电源系统构成
• 4.3 主电路设计
• 4.3.1 主电路参数设计
• 4.3.2 驱动和保护电路设计
• 4.4 控制电路设计
• 4.5 系统供电电源
• 4.6 小结
• 第五章 基于ZCS-DPLL高频逆变电源的软件设计
• 5.1 DSP编程调试环境代码编译器CCS简介
• 5.2 基于ZCS-DPLL的高频逆变电源的软件设计
• 5.3 小结
• 第六章 基于ZCS-DPLL频率跟踪系统的建模与仿真
• 6.1 串联谐振逆变主电路的SIMULINK仿真模型
• 6.1.1 串联谐振逆变主电路仿真模型的构造
• 6.1.2 串联谐振逆变主电路仿真模型中参数的选择
• 6.1.3 串联谐振逆变主电路的仿真分析
• 6.2 DPLL的SIMULINK仿真模型
• 6.2.1 锁相环仿真模型的构造
• 6.2.2 锁相环仿真模型中参数的选择
• 6.2.3 锁相环的仿真分析
• 6.3 基于ZCS-DPLL控制的逆变电源的建模与仿真
• 6.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录1 主要电路图
• 附录2 部分源程序代码
• 附录3 攻读硕士学位期间的学术论文清单