基于DSP的串联式中频电源控制系统的研究

发布时间：2017-09-01 23:19

  本文关键词：基于DSP的串联式中频电源控制系统的研究

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【摘要】：本论文对中频加热电源的基本结构及原理进行了分析,并对比了串联式中频电源和并联式中频电源各自的优缺点,最终选择以串联式中频加热电源为研究对象。中频电源整流部分用二极管不控整流,逆变部分采用IGBT单相全控触发电路的拓扑结构。由于传统的电源控制方式常常存在输出电压谐波含量大的问题,本文针对此问题提出了一种新的控制方法,将SPWM脉宽调制方法应用于感应加热电源中,从而极大的降低了输出电压谐波含量。并通过Matlab仿真软件搭建了系统的双闭环控制模型,所得仿真结果较好的验证了该方案的可行性。在理论分析的基础上,通过对电源系统数字化控制进行分析研究,设计了围绕TMS320F28335型号DSP为核心的数字化中频电源控制系统,并设计数字锁相环实现负载同频率跟踪,从而达到整机效率最大化。控制实现的是双闭环控制策略,功率外环可以稳定输出功率,而频率内环可以使输出电压、电流同相位。此外,还设计了功率管的驱动电路及一些外围保护电路。本次实验通过一台5KW串联谐振式中频感应加热电源实验样机,以DSP为控制核心根据单极性SPWM的控制算法进行软件编写和系统硬件调试工作。最终所得实验结果与理论分析和实验仿真一致,很好的验证了SPWM控制策略和数字锁相环技术在中频加热电源中使用的可行性。实验表明,该项控制策略在串联谐振式中频感应加热电源里可以使得输出波形更易于接近正弦波,提高了电能质量和供电性能。
【关键词】：串联谐振 中频电源 TMS320F28335 单极性SPWM控制
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 中频电源简介8
• 1.2 研究背景8-9
• 1.3 课题研究意义9-10
• 1.4 国内外的研究动态及发展趋势10-11
• 1.4.1 国外感应加热电源现状10
• 1.4.2 国内感应加热电源现状10
• 1.4.3 感应加热电源技术的发展趋势10-11
• 1.5 中频电源的数字化控制的优越性11-12
• 1.6 论文的主要工作12-13
• 2 感应加热电源的基本原理和结构13-33
• 2.1 感应加热原理13-20
• 2.1.1 感应加热理论基础13-15
• 2.1.2 感应加热的三个效应15-18
• 2.1.3 感应加热的频率18-20
• 2.2 数字化中频电源总体构成20-22
• 2.2.1 中频电源的系统结构20-21
• 2.2.2 感应加热电源的负载结构21-22
• 2.3 整流电路分析设计22
• 2.3.1 三相桥式不控整流电路22
• 2.4 逆变电路分析设计22-25
• 2.4.1 串、并联谐振逆变器拓扑对比分析22-25
• 2.5 中频感应加热负载分析25-31
• 2.5.1 负载等效电路25-27
• 2.5.2 串联负载振荡回路27-28
• 2.5.3 串联振荡回路的频率特性28-30
• 2.5.4 负载在加热过程中的变化30-31
• 2.6 串联式一托二中频感应电炉简介31-33
• 3 系统的控制算法和波形仿真分析33-45
• 3.1 串联谐振逆变器的输出参数33-34
• 3.2 逆变器的输出控制策略34-37
• 3.2.1 PI控制34-35
• 3.2.2 无差拍控制35-36
• 3.2.3 滑模控制36
• 3.2.4 智能控制36-37
• 3.3 SPWM控制原理37-39
• 3.3.1 双极性SPWM控制方式37
• 3.3.2 单极性SPWM控制方式37-38
• 3.3.3 SPWM的调制方式38-39
• 3.4 SPWM逆变器死区效应39-40
• 3.5 PI调节模块40-41
• 3.6 频率跟踪技术41-42
• 3.7 系统波形仿真42-45
• 3.7.1 系统控制流程42-43
• 3.7.2 Matlab中系统仿真模型搭建43-45
• 4 系统硬件电路的设计45-54
• 4.1 感应加热电源的技术参数45
• 4.2 主电路参数设计45-48
• 4.2.1 三相桥式不控整流器相关参数计算45-47
• 4.2.2 逆变器开关功率器件的选取与相关参数计算47-48
• 4.3 IGBT驱动电路设计48-49
• 4.4 输出电压、电流取样检测电路设计49-50
• 4.5 保护电路50-51
• 4.5.1 输出过压、过流保护电路设计50-51
• 4.5.2 复位及欠压保护电路51
• 4.6 输出电压、电流同步方波转换电路51-52
• 4.7 系统电源设计52-53
• 4.8 DSP硬件接口电路53-54
• 5 控制系统软件设计54-61
• 5.1 F28335芯片及软件开发环境介绍54-55
• 5.2 系统程序设计55-61
• 5.2.1 主程序设计55
• 5.2.2 定时器中断程序55-56
• 5.2.3 A/D转换程序56
• 5.2.4 SPWM波产生程序56-58
• 5.2.5 DSP中实现补偿死区效应58-59
• 5.2.6 在DSP中频率跟踪技术的实现59-60
• 5.2.7 eCAP捕获模块60-61
• 6 实验结果分析61-64
• 6.1 实验装置简介61
• 6.2 实验结果验证61-63
• 6.3 实验小结63-64
• 7 结论与展望64-65
• 7.1 结论64
• 7.2 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 附录69

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本文编号：775003