基于串联谐振和多模块叠加技术的大功率直流电源控制系统的研制

论文摘要

高压直流电源已经广泛应用于社会生产和科学研究等领域。传统的高压直流电源由于体积大、效率低、谐波污染严重等因素，已经不在适合科研及现代工业应用的实际需要。随着电力电子技术的日益发展,电源小型化和高频化成了高压直流电源发展的必然趋势。本文研究了国内外大功率高压直流电源的发展现状，并介绍了有关静电除尘、脱硫脱硝的高压电源的关键技术。研究了高压直流电源的基本拓扑结构，并进行了改进，引入全桥DC/DC变换电路，实现了电压连续可调，提出了高压直流电源的整体设计思路。设计的高压直流电源采用了两级控制的思想，电源由前级的DC/DC调压斩波电路和后级的基于串联谐振的调频逆变电路构成。电源前级通过闭环实现了电压的稳定可调，后级通过开环调频电路来降低逆变电路的开关损耗，最后采用了以单片机为核心的控制系统，实现对电源的本地控制和基于串口通信的远程控制，并通过采用硬件、软件相结合的方式，实现对高压直流电源的过流、过压、过温等保护，来提高系统的可靠性。文章分别对系统的硬件电路和软件电路进行了设计。硬件电路包括：主电路的设计、控制电路的设计、驱动电路的设计和保护电路的设计。软件部分包括：控制系统的设计思路和设计程序的流程图。最后绘制了电路控制系统的PCB图，搭建实验电路，并通过实际测试来证明所设计控制系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高压直流电源概述
• 1.2.1 高压直流电源的发展
• 1.2.2 高压直流电源国外发展状况
• 1.2.3 高压直流电源国内发展状况
• 1.3 高压直流电源存在的问题
• 1.4 课题的应用背景及主要研究内容
• 1.4.1 课题的应用背景
• 1.4.2 课题的主要研究内容
• 1.5 小结
• 第二章 主电路控制方式的选择
• 2.1 整流电路的选择及控制方式
• 2.2 高频逆变电路选择及控制方式
• 2.2.1 谐振逆变器的选择
• 2.2.2 基本串联谐振电路
• 2.2.3 串联负载谐振变换器
• 2.2.4 电流断续工作方式的分析
• 2.3 小结
• 第三章 直流电源控制系统的设计
• 3.1 全桥斩波调压电路的基本工作原理
• 3.2 直流—直流（DC/DC）变换器控制系统概述
• 3.2.1 变换器控制系统的构成
• 3.2.2 变换器闭环系统的传递函数
• 3.3 控制系统的设计
• 3.3.1 控制系统的分析与设计方法
• 3.3.2 控制系统环路的设计
• 3.3.3 PWM 脉宽调制器的设计
• 3.4 驱动电路和保护电路的设计
• 3.4.1 主开关器件和驱动电路的选择
• 3.4.2 保护电路的设计
• 3.5 辅助电源的设计
• 3.6 控制系统的软件设计
• 3.6.1 基于单片机系统的控制原理
• 3.6.2 软件流程图的设计
• 3.7 小结
• 第四章 直流电源上位机通信系统的设计
• 4.1 串行通讯的基本原理
• 4.1.1 串行通讯方式
• 4.1.2 串行通讯协议
• 4.1.3 与串行通信有关的特殊寄存器
• 4.2 单片机侧通信程序的设计
• 4.3 上位机通信控制程序和人机界面的设计
• 4.4 小结
• 第五章 样机测试及实验结果和波形分析
• 5.1 单个电源电路的调试与分析
• 5.1.1 控制电路的输出波形测量与分析
• 5.1.2 逆变电路的测试与分析
• 5.1.3 高压负载侧的波形
• 5.2 电源效率的测量与分析
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 6.3 小结
• 参考文献
• 附录 A 静电除尘工艺简介
• 附录 B 脱硫脱销工艺简介
• 附录 C 高压电源相关图片
• 插图清单
• 研究生期间发表论文情况
• 致谢