中频开关电源控制系统的设计与实现

发布时间：2017-06-06 09:06

  本文关键词：中频开关电源控制系统的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：中频电源广泛应用于航空航天、通信、金属冶炼、静电除尘等领域。工频电源应用比较成熟,但是功率因数低,变压器体积大、重量重,输出电压脉动较大、输出电压平均值较低,闪络发生后重新恢复工作的时间较长,同时输出波形单一。高频电源结构和控制较为复杂,高频变压器的传导干扰问题更严重。中频电源使用全控器件IGBT,提高了逆变器输出交流电压的频率,很好地解决了以上问题。同时便于对传统的工频电源进行改造,是现阶段可靠、理想的静电除尘电源形式。本文对中频静电除尘电源进行了研究,设计了一台基于DSP的中频静电除尘电源控制柜。在本文中,首先研究了中频静电除尘电源的主电路拓扑结构,研究了三相桥式整流电路的预充电方式,完成了功率器件的选型。设计了控制系统的电源结构、信号调理电路、DSP的最小系统和外围电路,以及IGBT驱动电路。设计了基于FPGA的过流保护电路和基于MSP430的多路测温保护电路,提高了静电除尘电源工作的可靠性。实现了两种SPWM调制方式,并将实验波形和仿真波形进行比较论证。研究了中频静电除尘电源的闪络保护方式和闪络控制方式。实现了Modbus通信协议在控制芯片DSP和MSP430中的移植。
【关键词】：中频电源 过流保护电路 温度检测电路 调制方式 Modbus通信协议
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 静电除尘基本原理11
• 1.3 影响电除尘器性能的主要因素11-12
• 1.3.1 闪络特性11-12
• 1.3.2 输出电压的控制12
• 1.4 静电除尘电源分类12-14
• 1.4.1 工频静电除尘电源12-13
• 1.4.2 中频静电除尘电源13
• 1.4.3 高频静电除尘电源13-14
• 1.5 主要研究内容14-16
• 第二章 主电路功率器件的选型16-24
• 2.1 主电路拓扑16
• 2.2 整流电路及预充电电路16-21
• 2.2.1 传统的预充电回路16-18
• 2.2.2 改进的预充电回路18-19
• 2.2.3 整流电路器件选型19-20
• 2.2.4 母线电容的选型20-21
• 2.2.4.1 确定使用母线电容的工作电压20
• 2.2.4.2 确定使用母线电容的容量20-21
• 2.3 单相全桥逆变电路21-23
• 2.3.1 IGBT选型21-22
• 2.3.1.1 额定电压的确定21
• 2.3.1.2 额定电流的确定21-22
• 2.3.2 滤波器的设计22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 电源控制系统硬件设计24-40
• 3.1 中频静电除尘电源样机24-25
• 3.2 控制系统电源结构25-26
• 3.3 母线电压调理电路26
• 3.4 一次电压调理电路26-28
• 3.4.1 绝对值转换电路原理27
• 3.4.2 绝对值转换电路仿真波形27-28
• 3.4.3 绝对值转换电路测试波形28
• 3.5 一次电流调理电路28-29
• 3.6 二次电压电流调理电路29-31
• 3.6.1 线性光耦典型电路29-30
• 3.6.2 线性光耦隔离电路仿真波形30-31
• 3.6.3 线性光耦隔离电路测试波形31
• 3.7 开关量输入输出电路31-33
• 3.7.1 开关量输入电路32
• 3.7.2 开关量输出电路32-33
• 3.8 DSP最小系统33-38
• 3.8.1 DSP系列33-34
• 3.8.1.1 Piccolo系列33
• 3.8.1.2 F24x系列33
• 3.8.1.3 Fixed-point F280x/281x33
• 3.8.1.4 Delfino系列33-34
• 3.8.1.5 Concerto系列34
• 3.8.2 DSP最小系统结构框图34
• 3.8.3 DSP电源电路34-35
• 3.8.4 DSP时钟35-36
• 3.8.5 DSP片外参考电压36
• 3.8.6 EEPROM电路36
• 3.8.7 DSP电压监测电路36-38
• 3.8.8 JTAG电路38
• 3.9 IGBT驱动电路38-39
• 3.10 本章小结39-40
• 第四章 保护电路的设计40-56
• 4.1 IGBT保护电路40-47
• 4.1.1 IGBT损坏的原因40
• 4.1.2 防止IGBT损坏的方法40
• 4.1.3 IGBT短路保护和过流保护40-41
• 4.1.4 基于FPGA的过流保护电路41-47
• 4.1.4.1 FPGA系列41-42
• 4.1.4.2 过流信号产生电路原理42-43
• 4.1.4.3 过流信号产生电路仿真波形43
• 4.1.4.4 过流信号产生电路测试波形43-44
• 4.1.4.5 过流保护中的干扰和消抖电路44-45
• 4.1.4.6 脉冲展宽电路45-46
• 4.1.4.7 过流保护策略46-47
• 4.2 基于MSP430的测温保护控制系统设计47-54
• 4.2.1 恒压分压式三线制测量原理47-48
• 4.2.2 接口电路的设计48-49
• 4.2.3 调理电路的设计49-51
• 4.2.4 ADC芯片CS555051-53
• 4.2.4.1 CS5550简介51
• 4.2.4.2 MSP430单片机与CS5550的连接51
• 4.2.4.3 CS5550芯片的配置51-52
• 4.2.4.4 CS5550芯片的命令格式52
• 4.2.4.5 CS5550芯片写寄存器值操作52
• 4.2.4.6 CS5550芯片读寄存器值操作52-53
• 4.2.5 测温程序流程53
• 4.2.6 测温结果计算53-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 中频电源控制程序设计56-72
• 5.1 DSP控制程序结构及AD采样程序56-60
• 5.1.1 DSP控制程序结构56-57
• 5.1.2 采样程序57-58
• 5.1.3 中断嵌套的实现58-60
• 5.2 SPWM控制程序60-69
• 5.2.1 SPWM控制原理60-66
• 5.2.1.1 双极性SPWM调制原理及DSP实现方式60-62
• 5.2.1.2 单极性倍频SPWM调制原理及DSP实现方式62-63
• 5.2.1.3 单极性倍频SPWM调制的不对称规则采样63-66
• 5.2.2 SPWM仿真波形66-67
• 5.2.2.1 双极性SPWM调制仿真波形66-67
• 5.2.2.2 单极性倍频SPWM调制仿真波形67
• 5.2.3 SPWM测试波形67-69
• 5.2.3.1 双极性SPWM调制测试波形67-68
• 5.2.3.2 单极性倍频SPWM调制测试波形68-69
• 5.3 中频静电除尘电源闪络控制程序69-71
• 5.3.1 闪络保护电路70
• 5.3.2 闪络控制程序70-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 Modbus-RTU通信协议在控制芯片中的移植72-84
• 6.1 Modus通信协议72-75
• 6.1.1 Modbus通信协议简介72
• 6.1.2 Modbus报文组成72-73
• 6.1.3 两种串行传输模式73-74
• 6.1.3.1 RTU传输模式73-74
• 6.1.3.2 ASCⅡ传输模式74
• 6.1.4 03和06功能码描述74-75
• 6.1.4.1 03功能码：读保持寄存器74
• 6.1.4.2 06功能码：写单个保持寄存器74-75
• 6.2 Modbus协议物理层实现75-76
• 6.3 Modbus通信程序结构76-77
• 6.4 Modbus通信程序流程77-80
• 6.4.1 主循环程序78-79
• 6.4.2 定时器中断程序79
• 6.4.3 串口接收中断程序79-80
• 6.4.4 串口发送中断程序80
• 6.5 Modbus通信测试波形80-83
• 6.5.1 03功能码测试波形81-82
• 6.5.2 06功能码测试波形82-83
• 6.6 本章小结83-84
• 第七章 总结与展望84-86
• 7.1 本文工作的总结84
• 7.2 今后工作的展望84-86
• 致谢86-88
• 参考文献88-94
• 攻读学位期间发表的学术论文及成果94

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本文编号：425894