基于DSP的中小功率直流电源节能老化系统研究与开发

论文摘要

开关电源作为电子设备的电力供应装置,在计算机、通信、铁路、航天、家用电器等领域得到了越来越广泛应用。为提高电源产品的稳定性和可靠性,国内外厂商普遍采用电阻耗能方式对中小功率电源进行老化试验。中国是世界上最大的中小功率电源产品生产制造国,传统老化试验方式造成能量的巨大浪费,对多种容量等级产品适应性差等缺陷。因此,研究更具经济性和适应性的节能老化试验系统具有十分重要意义。针对中小功率电源老化能量分散,难于实现高性价比能量回馈的问题,论文提出了电源串并联均流控制和相位跟踪高频PWM逆变技术解决方案。通过大批量试验电源串并联工作方式实现老化过程中能量的集中回馈;采用支路电流闭环跟踪控制实现各并联支路间均流,确保功率平衡分配。利用PWM整流器工作在有源逆变状态,并对逆变电流进行精确锁相控制,显著提高回馈到电网的电能质量。论文建立了系统状态空间平均模型和小信号线性模型,利用Matlab/SIMULINK电力系统工具箱对系统进行多工况仿真研究,仿真系统响应快、振荡小、抗扰动能力强、运行平稳,达到了最优系统设计。在此基础上,进行硬件选型、电路设计和控制软件开发,构建了基于DSP的双闭环直接电流控制中小功率直流电源节能老化试验系统实验平台。实验结果表明,系统实现了对试验电源老化电流的精确控制,确保了并联支路间功率分配平衡;完成了老化能量的回馈,实现了单位功率因数运行要求。达到了经济、环保、节能、高效的目的,具有广阔的工程实际应用推广价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 直流稳压电源概述
• 1.2 直流稳压电源节能老化试验的重要性和必要性
• 1.3 直流稳压电源的老化试验技术发展现状
• 1.3.1 电阻耗能式
• 1.3.2 相控有源逆变式
• 1.3.3 节能回馈型电子负载
• 1.4 电力电子技术的发展
• 1.4.1 电力电子器件的发展
• 1.4.2 脉冲宽度调制（PWM）控制技术的广泛应用
• 1.4.3 PWM软开关、多电平电路的应用
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 中小功率直流电源节能老化试验系统结构
• 2.1 节能老化试验系统特点
• 2.1.1 系统能量流分析
• 2.1.2 系统结构设计需要解决的问题
• 2.2 电压源串并联均流控制技术
• 2.2.1 串并联均流试验方案
• 2.2.2 电源串并联电路简化模型
• 2.2.3 电源并联均流实现原理
• 2.3 电流控制电压调节器的硬件实现
• 2.3.1 电流控制电压调节器的技术要求
• 2.3.2 PWM集成控制器NCP1200
• 2.3.3 PWM反馈控制电路
• 2.3.4 电流控制电压调节器硬件电路
• 第三章 能量回馈并网逆变电路的分析与设计
• 3.1 单相高频PWM整流逆变电路
• 3.2 主电路参数设计
• 3.2.1 交流侧滤波电感的设计
• 3.2.2 直流侧二次谐波滤波器的设计
• 3.2.3 直流侧支撑电容的设计
• 3.2.4 主电路其他参数的设计
• 3.3 PWM整流逆变电路的数学模型
• 3.3.1 变流器的数学模型
• 3.3.2 电源老化电流控制数学模型
• 3.4 双闭环直接电流控制策略的分析与设计
• 3.4.1 PWM整流逆变器控制策略
• 3.4.2 交流内环控制系统设计
• 3.4.3 直流外环控制系统设计
• 3.4.4 滞环电流控制系统设计
• 第四章 系统的仿真研究及分析
• 4.1 MATLAB/SIMULINK简介
• 4.2 系统仿真模型的建立
• 4.2.1 电源串并联仿真模型
• 4.2.2 单相并网逆变主电路仿真模型
• 4.2.3 控制电路仿真模型
• 4.2.4 电源串并联电路与逆变电路接口设计
• 4.3 系统仿真参数
• 4.3.1 主电路仿真参数
• 4.3.2 控制电路仿真参数
• 4.4 仿真结果及分析
• 4.4.1 并网逆变电路仿真结果及分析
• 4.4.2 老化系统仿真结果及分析
• 第五章 基于TMS320F2812DSP的控制系统实现
• 5.1 TMS320F2812适于变流器控制的特点
• 5.1.1 TMS320F2812概述
• 5.1.2 片内外设的中断扩展（PIE）
• 5.1.3 模数转换器（ADC）
• 5.1.4 事件管理器（EV）
• 5.2 控制系统硬件电路实现
• 5.2.1 控制系统硬件电路总体结构
• 5.2.2 TMS320F2812 DSP系统
• 5.2.3 电流检测电路
• 5.2.4 电网电压同步检测电路
• 5.2.5 故障处理电路
• 5.2.6 光电隔离和电平转换电路
• 5.3 控制系统软件开发
• 5.3.1 系统主程序与定时器下溢中断程序
• 5.3.2 数字锁相环DPLL
• 5.3.3 系统保护和故障诊断程序
• 第六章 实验装置结构及结果分析
• 6.1 实验装置结构及电路参数
• 6.1.1 实验装置结构
• 6.1.2 实验电路主要元件及参数
• 6.1.3 实验装置实物图
• 6.2 实验结果及分析
• 6.2.1 直流侧实验波形及分析
• 6.2.2 交流侧实验波形及分析
• 第七章 总结
• 7.1 结论
• 7.2 后续工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参加科研项目和发表论文情况