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数字式高频软开关电镀电源

作　者: 王翠
导　师: 佘致廷
学　校: 湖南大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电镀开关电源 PWM变换零电压零电流开关
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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引　用: 3次
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内容摘要

电镀镀槽是一种特殊的负载,它要求电镀电源提供可调节的直流低电压大电流,以满足不同镀件的工艺要求。本文在分析了电镀电源发展历程和研究现状以后,结合开关电源的基本原理,对单片机控制的软开关电镀电源做了初步的研究,设计了一台输出容量为18V/1000A的高频软开关电镀电源。在参阅了大量国内外文献的基础上,本文通过对几种典型功率变换电路拓扑的分析与比较,选择滞后桥臂串联二极管的全桥零电压零电流脉宽调制(FB ZVZCS PWM)软开关电路拓扑作为主电路拓扑,采用16位单片机80C196KC作为主控制器,实现对输出电压和电流的调节。电源变换器逆变电路的主开关器件采用现代电力电子功率器件IGBT(Insulate-Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)作为功率开关,整个系统以Intel 16位单片机80C196KC和Altera公司的EPM7128 EPLD(Erasable Programmable Logic Device)可擦除可编程逻辑器件作为控制核心。微处理器CPU的引入,实现对输出电流、输出电压的数字化控制。80C196KC控制系统与人机接口之间进行RS—485串行通讯,实现对装置的控制、状态显示、故障报警等。80C196KC输出一对死区可调节的PWM信号以及移相角信号,通过EPLD的逻辑运算,输出2对互补并带死区控制的PWM移相波作为全桥逆变器的4个IGBT的驱动信号。80C196KC对输出电压、电流进行采样,并把采样值与给定值比较,采用数字PI调节。CPU根据PI调节的结果控制移相角的大小,EPLD接收到CPU输出的11位移相控制信号并对滞后桥臂上的一对PWM信号进行移相,从而调节电镀电源的输出电压和输出电流。最后,本文利用MATLAB6.5对主电路和PI控制器进行了仿真,并对仿真结果进行了分析。提出了一种基于可编程逻辑器件EPLD的逆变桥触发脉冲波形处理方法,经仿真与实验证明,该方法可大幅度提高系统的控制精度,减少CPU的开销,对改善系统性能具有显著的作用。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第1章绪论  10-17
  1.1 电镀电源的发展  10-11
  1.2 开关电镀电源的研究现状与发展概况  11-15
    1.2.1 国内外开关电镀电源的研究现状  11-12
    1.2.2 开关电源中软开关技术的发展  12-13
    1.2.3 开关电源的控制技术  13-15
    1.2.4 开关电源的发展前景  15
  1.3 本文的写作背景和研究内容  15-16
  1.4 小结  16-17
第2章移相控制全桥ZVZCS-PWM变换器  17-31
  2.1 基本的全桥PWM变换器  17-19
  2.2 基本移相控制全桥ZVS-PWM变换器  19-23
    2.2.1 基本PS FB ZVS-PWM变换器工作原理  20-22
    2.2.2 占空比分析  22
    2.2.3 PS FB ZVS-PWM变换器两桥臂开关管实现ZVS的条件  22-23
  2.3 PS FB ZVS-PWM变换器  23-30
    2.3.1 电流复位策略  24-25
    2.3.2 比较各种PS FB ZVZCS-PWM变换器  25-26
    2.3.3 运行过程分析  26-29
    2.3.4 参数计算  29-30
  2.4 小结  30-31
第3章电镀用开关电源主电路的设计  31-44
  3.1 电镀开关电源系统组成与功能  31
    3.1.1 电源的主要设计指标  31
    3.1.2 电源系统组成及其功能  31
  3.2 DC-DC变换器的设计  31-39
    3.2.1 输出整流滤波电路  32-33
    3.2.2 高频变压器的设计  33-35
    3.2.3 IGBT的选择  35-36
    3.2.4 IGBT驱动电路的设计  36-37
    3.2.5 阻断电容C_b的选择  37-39
  3.3 软启动控制  39
  3.4 系统的动态仿真  39-43
    3.4.1 系统动态仿真模型的建立  39
    3.4.2 系统的动态仿真  39-42
    3.4.3 仿真结果分析  42-43
  3.5 小结  43-44
第4章电镀电源的控制系统设计  44-59
  4.1 控制系统的硬件设计  44-50
    4.1.1 80C196KC单片机主控电路的设计  46-47
    4.1.2 测量与信号采集电路设计  47-48
    4.1.3 保护电路  48-49
    4.1.4 串行通讯接口电路  49-50
    4.1.5 工作电源设计  50
  4.2 恒流恒压的PI调节  50-53
  4.3 控制系统软件设计  53-56
    4.3.1 软件设计总体思想  53-54
    4.3.2 初始化程序  54-55
    4.3.3 中断服务子程序  55
    4.3.4 A／D转换及数字滤波子程序  55
    4.3.5 移相角计算子程序  55-56
    4.3.6 恒压限流、恒流限压PI调节子程序  56
  4.4 基于89C52控制的人机界面设计  56-58
    4.4.1 人机界面的硬件设计  57
    4.4.2 人机界面及显示子程序  57-58
  4.5 小结  58-59
第5章 EPLD的设计与仿真  59-73
  5.1 可编程逻辑器件综述  59-62
    5.1.1 可编程逻辑器件的发展  59-60
    5.1.2 FPGA／CPLD总体概述  60
    5.1.3 MAX7000系列器件的结构和性能  60-61
    5.1.4 开发工具  61-62
  5.2 移相控制的实现  62-67
  5.3 改进的移相控制系统  67-71
    5.3.1 PWM基波的产生  67-68
    5.3.2 与PWM1互补且带死区控制的脉冲信号PWM2的产生  68-69
    5.3.3 滞后臂上IGBT的驱动信号的产生  69-71
  5.4 小结  71-73
结论与展望  73-75
  全文总结  73-74
  进一步工作的展望  74-75
参考文献  75-79
致谢  79-80
附录A (攻读学位期间发表的学术论文目录)  80-81
附录B (攻读学位期间参与的课题目录)  81

数字式高频软开关电镀电源

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