基于DSP的移相全桥ZVZCS直流变换器研究

论文摘要

软开关技术是现代电力电子技术研究的热点之一,是电力电子装置向高频化、高功率密度化发展的关键技术。微处理器的出现促进了电力电子变换器的控制技术从传统的模拟控制转向数字控制,数字控制技术可使控制电路大为简化,并能提高系统的抗干扰能力、控制灵活性、通用性以及智能化程度。移相全桥软开关拓扑电路是目前大功率高频开关电源最常用的拓扑结构,它利用变压器漏感或者外加谐振电感与开关管结电容或者外并电容谐振造成零压或零流条件开通或关断功率器件,错开功率器件大电流与高电压同时出现的硬开关状态,大大降低功率器件的开关损耗。本文立足于将开关电源的高频化与数字化相结合,具体研究内容为一种基于DSP控制的移相全桥ZVZCS直流变换器。论文首先介绍了课题的研究背景、方向和主要内容;然后在对比分析了三种全桥移相软开关拓扑电路的特点,并对移相全桥ZVZCS直流变换器的工作原理进行了详细分析的基础上设计了主电路、驱动电路、采样电路、保护电路、辅助电源电路,并详细介绍了电路中主要元器件参数的选取方法,变压器等磁性元件的设计流程,并利用OrCAD10.5/PSpice软件对主电路进行了仿真分析,仿真结果证明了所选的拓扑结构可以很好地实现ZVZCS软开关换流。为了改善系统性能,论文在对电路进行小信号模型分析的基础上推导了考虑占空比损失的电流内环、电压外环的双环控制模型,对电压电流环的PI调节器进行了参数设计,并利用MATLAB软件对构造的控制系统的性能进行了仿真和分析,结果表明平均电流模式双环控制很好的解决了系统稳定性和动态特性矛盾突出的问题。最后提出了基于数字信号处理器的移相数字控制方案,给出了详细的软件设计和程序流程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 软开关技术的提出与发展
• 1.1.1 硬开关功率变换器的局限性
• 1.1.2 软开关技术的发展
• 1.2 控制技术的数字化发展趋势
• 1.3 本课题的研究意义和论文的主要内容
• 第2章 移相全桥直流变换器的软开关技术
• 2.1 基本移相全桥ZVS PWM DC/DC 变换器
• 2.1.1 两个桥臂实现ZVS 的差异
• 2.1.2 实现ZVS 的策略
• 2.1.3 副边占空比的丢失
• 2.2 改进型移相全桥ZVS PWM DC/DC 变换器
• 2.3 移相全桥ZCS PWM DC/DC 变换器
• 2.4 移相全桥ZVZCS PWM DC/DC 变换器
• 2.5 滞后臂串二极管的移相全桥ZVZCS PWM DC/DC 变换器
• 2.5.1 工作原理
• 2.5.2 参数设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 移相全桥ZVZCS PWM DC/DC 变换器硬件设计
• 3.1 主电路设计
• 3.1.1 主电路结构
• 3.1.2 主电路参数设计
• 3.1.3 主电路仿真分析
• 3.2 驱动电路设计
• 3.3 采样电路设计
• 3.4 保护电路设计
• 3.5 辅助电源电路设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 移相全桥ZVZCS PWM DC/DC 变换器控制系统的建模与分析
• 4.1 主电路小信号建模
• 4.2 双环控制移相全桥ZVZCS PWM DC/DC 变换器电路模型
• 4.3 频率分析的原则及被控对象的幅频特性
• 4.4 调节器的设计及系统动态和稳态性能分析
• 4.4.1 调节器的设计
• 4.4.2 系统动、稳态性能分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 移相全桥ZVZCS PWM DC/DC 变换器软件设计
• 5.1 基于DSP 的ZVZCS 全桥移相数字PWM 产生方案
• 5.2 数字调节器的实现
• 5.3 数字控制系统软件流程
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢