高压电源控制系统设计

发布时间：2017-10-01 08:01

  本文关键词：高压电源控制系统设计

  更多相关文章： 全桥零电压开关 耦合电感 移相 脉冲调制控制器 STM32

【摘要】：X射线衍射仪为解决物理、医学、化学等各个方面的难题起到了不可或缺的重要作用。而高压电源是X射线衍射仪的核心组成部分,对它的稳定性和控制精度有着很高的要求。本文的研究依托于辽宁省国家重大仪器专项“高端多功能X衍射仪研发”,本文主要完成主电路的研究、控制电路的设计以及软件的实现。随着功率器件的不断涌现以及其性能的不断提高,高频电源逐步取代工频电源。各种逆变器以及谐振网络也不断的被提出,在实际的应用中,为了达到所需要的设计要求,往往是逆变器和谐振网络结合起来。而常见的全桥零电压开关(FB ZVS)脉冲调制逆变器在大功率应用中得到了广泛的使用。然而,此电路也存在两个方面的局限,一是变压器二次侧的占空比丢失问题,二是变压器二次侧存在着严重的寄生振荡。在本文中,将会描述一种采用耦合电感的全桥零关断变换器。这种恒频的FB ZVS变换器在广泛的负载电路和输入电压范围内来实现ZVS,进而降低循环能量和传导损耗。因为在该电路,实现ZVS所需要的能量不需要存储在漏电感中,因此变压器的漏电感可以被最小化。这几乎消除了占空比丢失,也大大降低变压器的副边产生的振荡。在控制策略上,本控制采用了模拟控制,数字管理的方式,结合了模拟控制的良好的稳定性和动态特性以及数字管理的多元化和多功能。本拓扑输出电压的控制是在恒频条件下通过移相控制技术来实现。因此,所有的大功率器件均工作在占空比为50%的16KHz频率下,通过调节功率器件的移相角来实现输出电压的控制。高压控制部分的移相角的大小是通过脉冲调制控制器UC3526来完成的,而灯丝电压的移相角是通过电流型PWM控制器UC3525来调节的。为了达到高精度和提高瞬态响应,在控制器UC3526之前添加了类型三的补偿器。最后,基于硬件的设计,提出了STM32和CPLD双控制的数字管理方案。在本文中详细的阐述了整个控制的流程以及各个模块的实现。STM32实现了接收上位机下发的预设值,并把此预设值发送到控制板上。CPLD的主要目的是把控制器UC3526的移相角生成两路占空比为50%的PWM信号。同时,把控制板上的数据上发到上位机上进行显示,实现了实时监控,同时本文也完成了软件设计编程和调试的工作。
【关键词】：全桥零电压开关 耦合电感 移相 脉冲调制控制器 STM32
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-18
• 1.1 课题研究背景及发展趋势16-17
• 1.2 本文章节安排17-18
• 第二章X射线的高压电源总方案设计18-30
• 2.1 X射线高压电源的基础介绍18-19
• 2.2 X射线高压电源的总体设计19-20
• 2.3 逆变谐振电路20-26
• 2.3.1 各种逆变电路比较20-21
• 2.3.2 各种谐振电路比较21-26
• 2.4 采用耦合电感的新型全桥ZVS逆变器的提出26-30
• 第三章 采用耦合电感的全桥零关断开关电源30-48
• 3.1 采用耦合电感的全桥零关断开关电源的分析30-36
• 3.2 本拓扑主要参数的设计36-39
• 3.2.1 设计准则36-37
• 3.2.2 全桥逆变电路中器件的选取37-39
• 3.3 耦合电感39-44
• 3.3.1 耦合电感的基础39
• 3.3.2 耦合电感的模型39-42
• 3.3.3 耦合电感的选取42
• 3.3.4 耦合电感对功率损耗的影响42-44
• 3.4 IGBT驱动电路的设计44-48
• 3.4.1 栅极驱动电路的基本要求44-45
• 3.4.2 IGBT驱动器的选择45-46
• 3.4.3 死区电路的设计46
• 3.4.4 基于M57962L的驱动电路设计46-48
• 第四章 直流高压电源的控制设计48-68
• 4.1 高压电源的控制方案48-50
• 4.1.1 控制方案的功能分析48
• 4.1.2 控制方案的组成结构48-49
• 4.1.3 控制芯片的选取49-50
• 4.2 ARM+CPLD最小系统电路50-51
• 4.3 电压电流参数预置电路51-52
• 4.4 电流电压采样反馈电路52-53
• 4.5 PID模拟控制补偿器的实现53-58
• 4.5.1 补偿器的类型54-56
• 4.5.2 补偿器的选择56-57
• 4.5.3 补偿器的理论分析57-58
• 4.6 PWM输出电路58-63
• 4.6.1 PWM发生器的原理58-59
• 4.6.2 PWM集成控制器原理59-61
• 4.6.3 PWM波产生电路的设计61-63
• 4.7 系统控制的软件设计63-68
• 4.7.1 软件系统的结构框架63-65
• 4.7.2 STM32软件部分的实现65-67
• 4.7.3 CPLD软件部分的实现67-68
• 第五章 样机调试和测试结果分析68-72
• 5.1 PWM控制电路的调试和分析68-70
• 5.2 驱动电路调试和分析70-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 总结72
• 6.2 展望72-74
• 附录A74-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 作者简介86-87

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本文编号：952274