用于电流变体驱动的高压电源设计与研究

发布时间：2017-08-20 13:06

  本文关键词：用于电流变体驱动的高压电源设计与研究

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【摘要】：电流变体具有良好的力电特性,且控制方式简单,只需改变施加在电流变体上的电压的值,便可实现对电流变效应的控制,在许多领域具有潜在广泛的应用前景。随着研究的进步,电流变技术引起了越来越多的关注,目前出现了性能较好的电流变体,如巨电流变体,电流变弹性体等。巨电流变体的屈服强度达到了200KPa,且剪切强度与控制电场在某种条件下成线性关系,使其在实际应用上成为了可能。在电流变体的实验、应用,以及与其它智能元件相配合所形成的智能控制方面,需要一个具有宽范围精确可调的高压电源,以及能够根据外部的感应信号输出对应的电压,因此研究可靠稳定的高压电源成为急需解决的问题。本文首先回顾了电流变高压电源领域的研究现状,通过分析电流变体的等效电路模型和负载特性,总结了应用于电流变技术的高压电源所具备的特点。根据实际情况,选择了数字信号处理器(DSP)作为微控制器,实现高压电源小型化、数字化和智能化,然后分析了应用在电流变体驱动的高压电源中的关键技术,提出了一种适合于较大负载条件下的电流变用高压电源的设计方案,并对软硬件进行详细的设计。其中硬件电路主要包括了整流滤波、直流斩波、半桥逆变升压整流、高频高压变压器以及检测和保护电路等,设计了一款用于半桥逆变电路的高频高压变压器；软件设计主要功能是根据输出电压的大小实时改变脉冲宽度调制(PWM)波的占空比,从而实现稳压的作用。包括了采样、增量式PID控制、PWM波的输出,以及中断等。为了减少损耗和减少电源的体积,设计中采用了开关控制技术和软开关技术,并选择了一种较为成熟和可靠性较高的半桥串并联谐振倍压变换作为软开关,在对其工作原理进行详细分析的基础上进行了具体参数设计,并利用Matlab软件进行了仿真,仿真结果表明,在谐振的作用下,开关管在开通时的电压为0,实现了零电压开通。利用Prote199se生成了电路板,对带强电和数电的电路板的布线和抗干扰措施进行了介绍。利用Matlab/Simulink电力电子仿真模块对主电路进行了闭环仿真,验证了参数设计的合理性,并对串并联谐振和整流的参数进行了优化,通过闭环反馈,电源系统得到了更快的响应。然后参考计算值和仿真结果,搭建了硬件电路,并对其进行了软硬件的调试。在调试的过程中,通过模块化测试,最后再整体进行调试。实验结果表明,仿真、实验和计算结果基本一致,参数设计基本合理。通过改变软件编程中电压的设定值,输出电压具有较好的可控性,实现了1-10KV的输出。经过实验,该电路具有良好的过流保护性能。
【关键词】：电流变体 高压电源 DSP 仿真和调试
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题的研究背景及意义9-11
• 1.2 用于电流变技术的高压电源国内外研究现状11-13
• 1.3 高压直流电源发展中的关键技术13-16
• 1.4 论文的主要内容16-18
• 2 智能组合柔性壁面表层的设计18-23
• 2.1 PVDF压电薄膜传感器阵列的制作18-19
• 2.2 PVDF压电薄膜传感器阵列的前期测试19-22
• 2.3 本章小结22-23
• 3 电源总体结构设计及工作原理分析23-33
• 3.1 电源的总体结构设计23-25
• 3.2 Buck电路的工作原理25-27
• 3.3 半桥逆变电路的工作原理27-28
• 3.4 半桥串并联谐振倍压变换器28-32
• 3.4.1 串并联谐振倍压变换原理28-29
• 3.4.2 变换器的工作状态分析29-32
• 3.5 本章小结32-33
• 4 高压直流电源硬件电路设计33-51
• 4.1 输入滤波整流电路设计33-36
• 4.1.1 EMI滤波电路33-34
• 4.1.2 单相整流滤波电路设计34-36
• 4.3 半桥逆变电路的元件选择36-37
• 4.4 串并联谐振参数设计37-40
• 4.5 高频变压器设计40-44
• 4.5.1 磁芯的选择和计算42-43
• 4.5.2 初次级匝数和线径的计算43-44
• 4.6 倍压整流电路设计44-45
• 4.7 开关管驱动电路45-46
• 4.8 电压采样电路46-47
• 4.9 过流保护电路47-48
• 4.10 辅助电压电源设计48-49
• 4.11 PCB布线的要求49
• 4.12 本章小结49-51
• 5 系统软件设计51-56
• 5.1 增量式PID控制算法的应用51-52
• 5.2 系统软件设计52-55
• 5.3 本章小结55-56
• 6 系统仿真与实验验证56-65
• 6.1 主电路闭环仿真分析56-61
• 6.2 电路实验结果61-64
• 6.3 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-70
• 附录A 电源系统原理图70-71
• 附录B Matlab仿真电路图71-72
• 附录C 部分源程序72-77
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况77-78
• 致谢78-30

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本文编号：706767