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基于ARM和PEBB的单相桥式电压逆变器研究

作　者: 刘佩峰
导　师: 粟梅
学　校: 中南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 电力电子结构块 ARM处理器 通用串行接口 实时操作系统 桥式电压逆变
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着电力电子技术的发展,模块化程度低、缺乏灵活性、设计复杂、标准化程度低等因素日益成为制约其发展的瓶颈。而电力电子结构块(PEBB)正是为解决以上问题而提出的方法。因此研究利用PEBB来组建功率变换器具有一定的优势和重要的意义。本文将电子技术和计算机技术等领域先进的、成熟的集成相关的技术应用于电力电子系统集成中,对电力电子系统集成中的操作系统、分布式控制技术和通信技术进行了研究。将电力电子系统进行结构划分,分为PEBB功率部分和通用控制部分。对于功率部分,采用分立元件设计了一个半桥PEBB,包括主电路、保护电路、驱动电路、吸收电路和滤波电路等。在分析和对比了各种通信接口后选择具有“即插即用”功能的通用串行接口(USB)做为PEBB的数字通信接口。对于通用控制部分,选用具有高性价比的ARM7芯片S3C44B0X做为核心处理单元,辅以相应的外围电路。采用USB主机控制芯片使其具有类似USB主机的功能,实现与PEBB的通信和方便“即插即用”的管理。在软件设计上引入实时操作系统UC/OS-Ⅱ,采用多任务系统的形式,满足电力电子操作系统实时性的要求。然后,用两个半桥PEBB和一个通用控制器组成了一个单相全桥电压逆变器,分析和解决PEBB之间的同步等问题。最后给出并分析了实验结果。通过上述工作,验证了PEBB对解决当前电力电子技术系统集成问题的可行性,为后续研究打下基础。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 电力电子技术的发展  8-10
    1.1.1 电力电子元件的发展  8-9
    1.1.2 电力电子控制技术的发展  9-10
  1.2 电力电子技术发展的瓶颈和现状  10-12
    1.2.1 电力电子集成的概念  10-11
    1.2.2 电力电子集成的现状  11-12
  1.3 课题研究工作内容及论文结构安排  12-14
第二章 ARM处理器和 USB总线在 PEBB中的应用  14-24
  2.1 PEBB结构概述  14-16
    2.1.1 PEBB的概念  14-15
    2.1.2 PEBB的结构  15
    2.1.3 电力电子主电路模块化  15
    2.1.4 控制电路模块化和标准化  15-16
  2.2 ARM体系概述  16-18
    2.2.1 ARM处理器简介  16-18
    2.2.2 ARM与DSP的比较  18
  2.3 USB总线概述  18-23
    2.3.1 USB总线的结构  18-19
    2.3.2 USB总线的信号特性  19-20
    2.3.3 USB总线的枚举  20
    2.3.4 USB总线对比其他通讯接口  20-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章 单相全桥电压逆变器硬件结构设计  24-43
  3.1 系统总体硬件结构  24
  3.2 半桥 PEBB的结构设计  24-35
    3.2.1 电压逆变电路的基本拓扑结构及其工作原理  24-26
    3.2.2 半桥 PEBB的硬件设计  26-33
    3.2.3 PEBB通信接口硬件设计  33-35
  3.3 通用控制器的硬件设计  35-39
    3.3.1 通用控制器的功能及特点  35
    3.3.2 S3C44B0X简介  35-36
    3.3.3 ARM的核心模块  36-37
    3.3.4 JTAG调试接口、时钟及复位电路  37-38
    3.3.5 通信接口电路  38-39
  3.4 USB主机端的硬件设计  39-42
    3.4.1 USB主机控制器  39
    3.4.2 SL811HS的结构及特点  39-41
    3.4.3 SL811HS的寄存器  41
    3.4.4 SL811HS与 S3C44B0X的硬件连接  41-42
  3.5 本章小结  42-43
第四章 单相全桥电压逆变器软件系统设计  43-57
  4.1 操作系统的选择  43
  4.2 UC/OS-II操作系统的应用  43-47
    4.2.1 UC/OS-II在 S3C44B0X上的移植  44-45
    4.2.2 启动及初始化程序  45-47
  4.3 部分结构块程序  47-56
    4.3.1 PEBB通信接口的软件设计  47-50
    4.3.2 PEBB类及类命令  50-51
    4.3.3 UC通信软件设计  51-54
    4.3.4 UC的多任务管理器设计  54-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章 逆变器的组成和实验  57-66
  5.1 单相全桥逆变器的硬件组成  57-58
  5.2 软件系统组成  58-59
  5.3 同步问题的解决  59-61
  5.4 PWM脉宽数据的传输  61
  5.5 实验结果及分析  61-65
  5.6 本章小结  65-66
第六章 总结与展望  66-68
  6.1 总结  66
  6.2 展望  66-68
参考文献  68-72
附录 UC/OS-II在S3C44B0X上的移植过程  72-77
致谢  77-78
攻读硕士学位期间的主要研究成果  78

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器 > 逆变器
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