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基于效率的升压压电变压器驱动控制方法研究

作　者: 王瑶
导　师: 董维杰
学　校: 大连理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 升压压电变压器效率测量模拟乘法器驱动控制电路 PFM/PWM
分类号: TM42
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

压电变压器(PT)是基于正逆压电效应工作的新型变压器,与传统电磁变压器相比具有转换效率高、能量密度大、电磁干扰小等优点,近年来在诸多领域得到了广泛应用。压电变压器的效率和增益易受负载、工作频率、输入电压等外界因素的影响,为使压电变压器稳定高效的工作,需要反馈驱动控制电路对压电变压器进行控制。为制定基于效率的压电变压器反馈控制策略,本文研究了PT的效率特性。先通过等效电路分析了效率影响因素,之后使用模拟乘法器AD633测量交流有功功率的方法测量PT的输入、输出功率进而求得效率,研究了负载阻抗、工作频率和输入电压对PT效率的影响,实验结果表明：在工作频率接近谐振频率、负载为匹配负载时,压电变压器效率可以达到90%以上。指出了压电变压器工作于高效率下的条件：负载阻抗越接近匹配负载,效率越大；工作频率略大于压电变压器谐振频率时效率最大；输入电压增大导致PT效率降低。在测量了PT效率特性的基础上,制定了基于效率的PWM联合控制策略,用PFM频率跟踪的方法调节PT工作频率与效率峰值点频率一致,利用PWM调节PT输出电压；以XC2S100E型FPGA为控制器,使用功率MOSFET搭建全桥逆变电路,以PT输入、输出功率测量电路作为反馈网络,设计了以冷阴极管灯作为负载的升压PT驱动控制电路,编制了相应的控制算法和程序；调试了所设计的驱动控制电路驱动100kΩ恒定负载的情况,稳定工作时PT的工作频率为55kHz,测试结果证明所设计的控制电路可以控制PT稳定工作于效率峰值点,此时PT的效率为71.57%。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-18
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 PT效率及驱动控制电路国内外研究现状  9-17
    1.2.1 PT效率研究  9-11
    1.2.2 PT驱动控制  11-15
    1.2.3 基于效率的压电变压器驱动控制  15-17
  1.3 本文的主要工作  17-18
2 压电变压器效率特性及驱动控制原理  18-25
  2.1 压电变压器效率特性  18-22
    2.1.1 压电变压器结构  18
    2.1.2 PT的特性  18-20
    2.1.3 使用PT等效电路分析其效率特性  20-22
  2.2 PT驱动控制原理  22-24
    2.2.1 PT驱动控制电路组成  22-23
    2.2.2 PT方波驱动原理  23-24
  2.3 小结  24-25
3 压电变压器效率测量及影响因素分析  25-42
  3.1 用示波器测量PT效率  25-33
    3.1.1 示波器测量PT输入、出功率原理  25-26
    3.1.2 工作频率对PT效率的影响  26-29
    3.1.3 输入电压对PT效率的影响  29-31
    3.1.4 负载电阻对PT效率的影响  31-32
    3.1.5 实验总结  32-33
  3.2 用模拟乘法器测量PT效率原理  33-37
    3.2.1 模拟乘法器测量交流有功功率原理  33-34
    3.2.2 模拟乘法器的选择及测量验证  34-35
    3.2.3 交流有功功率测量电路及功能验证  35-37
  3.3 PT效率测量及影响因素分析  37-41
    3.3.1 负载电阻对PT效率的影响  38-40
    3.3.2 输入电压对PT效率的影响  40
    3.3.3 工作频率对PT效率的影响  40-41
  3.4 小结  41-42
4 基于效率的升压压电变压器驱动控制电路设计  42-63
  4.1 基于效率的升压压电变压器驱动控制电路工作原理  42-45
    4.1.1 基于增益的PT驱动控制原理  42-43
    4.1.2 基于效率的PT驱动控制原理  43-45
  4.2 硬件电路设计  45-53
    4.2.1 控制器  46-47
    4.2.2 逆变电路  47-50
    4.2.3 反馈网络  50-52
    4.2.4 ADC模数转换  52-53
    4.2.5 电路总图  53
  4.3 软件程序设计  53-60
    4.3.1 ADC采样模块  54
    4.3.2 滤波模块  54-55
    4.3.3 数据处理模块  55-56
    4.3.4 状态调整模块  56-59
    4.3.5 控制信号输出模块  59-60
  4.4 系统调试  60-62
  4.5 小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-66
附录A PT效率测量实验数据  66-68
附录B 基于效率的PT驱动控制电路总图  68-69
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  69-70
致谢  70-72

基于效率的升压压电变压器驱动控制方法研究

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