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基于软开关技术的新型臭氧发生电源的研究与设计

作　者: 丁伟
导　师: 孟志强
学　校: 湖南大学
专　业: 电气工程
关键词: 臭氧发生器软开关死区时间 PSM控制数字锁相环
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

介质阻挡放电法是工业上最常用的产生臭氧的方法。在臭氧发生器的电气参数确定的情况下,供电电源的频率成为提高DBD法生成臭氧的效率、提高逆变器的功率密度的、减小输出变压器和交流滤波器的体积和重量的关键。随着逆变电源的频率的提高,出现了开关损耗增加,电磁干扰增大,导体的集肤效应与邻近效应,电容的ESR及磁元件的寄生参数等问题,其中最主要的是开关损耗和电磁干扰问题。为了解决这些问题,软开关技术在臭氧发生器的逆变电源中得到了广泛的应用。本文研究了一种新型的软开关拓扑结构,并将其应用于臭氧发生器逆变电源。该拓扑结构是在逆变桥和电源之间增加一个充放电电容和两个IGBT,通过IGBT控制电源通断,使电容充放电,形成软开关的条件。由此构建了基于软开关拓扑的臭氧发生器逆变系统,得出了逆变电路结构图,在时域范围内详细研究与分析了电源在半个工作周期内的工作原理和工作模态,推导出了电源的各模态数学模型,得到了主要的电气参数计算公式以及放电功率的表达式。针对软开关特殊的电路结构,详细的分析了软开关控制的主要问题,在此基础上采用PSM控制方法,并给出了功率调节方案。采用DSP-TMS320LF2812数字处理器为控制核心,研究、设计了臭氧发生电源的控制系统,用DSP设计了PWM脉冲波形、数字锁相环,并用DSP实现了PSM实时数字化调功,给出了过零比较电路、IGBT驱动电路和保护电路等系统功能模块的硬件电路图,对臭氧发生器主电路参数进行了设计。通过MATLAB仿真,验证了本文理论研究成果的合理性与可行性,表明软开关逆变拓扑结构能成功应用于大功率DBD型臭氧发生器供电电源,实现所有IGBT的软开通和软关断,实现高频化,达到了臭氧产量的提高的目的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 介质阻挡放电方法简介  10-11
  1.2 臭氧发生器电源简介  11-12
  1.3 软开关技术在臭氧逆变电源中的应用  12-16
    1.3.1 软开关的原理  12-14
    1.3.2 软开关在臭氧发生器逆变电源中的应用  14-16
  1.4 研究内容及创新点  16-18
第2章软开关结构逆变电源时域分析  18-35
  2.1 软开关结构逆变电源拓扑结构  18-19
  2.2 软开关结构逆变电源的工作模态  19-22
  2.3 各模态时间段计算及电容C的取值范围  22-24
    2.3.1 电感L_s的计算及i(t_4)的条件  22
    2.3.2 模态时间段计算  22-23
    2.3.3 电容C的确定  23-24
    2.3.4 t_s和t_m的确定  24
  2.4 动态过程分析  24-29
  2.5 U_d及放电功率分析  29-31
    2.5.1 最大电压U_d的特性  29-30
    2.5.2 放电功率  30-31
  2.6 MATLAB仿真实验和结果分析  31-34
    2.6.1 软开关实现结果  31-33
    2.6.2 C的取值对软开关的影响  33-34
  2.7 本章小节  34-35
第3章软开关电源的启动与控制  35-47
  3.1 软开关实现的几个问题  35-36
  3.2 电源启动策略  36-38
    3.2.1 整流部分限流软启动  36-37
    3.2.2 电容C的预充电  37-38
  3.3 控制策略  38-46
    3.3.1 脉冲密度调制  38-39
    3.3.2 脉冲均匀密度调制  39-42
    3.3.3 软开关逆变电源中的PSM调功  42-44
    3.3.4 续流工作过程分析  44-45
    3.3.5 仿真结果分析  45-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章控制系统设计  47-62
  4.1 TMS320LF2812简介  47-49
    4.1.1 TMS320LF2812主要特征  47-48
    4.1.2 CCS软件简介  48-49
  4.2 控制系统设计  49-54
    4.2.1 同步信号检测电路  50-51
    4.2.2 驱动电路设计  51-52
    4.2.3 保护电路  52-53
    4.2.4 附加电源电路设计  53-54
  4.3 软件系统的设计  54-61
    4.3.1 控制脉冲的产生方法  54-56
    4.3.2 锁相环频率跟踪  56-59
    4.3.3 PSM脉冲生成  59-61
  4.4 本章小结  61-62
第5章电源主电路设计与仿真  62-73
  5.1 电源总体方案的确定  62-63
  5.2 主电路参数设计  63-66
    5.2.1 整流滤波部分参数设计  63-65
    5.2.2 逆变电路参数设计  65-66
  5.3 主要参数的计算  66-68
    5.3.1 整流滤波电路的设计  67
    5.3.2 逆变电路参数设计  67-68
  5.4 电源仿真结果  68-72
  5.5 本章小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  79

基于软开关技术的新型臭氧发生电源的研究与设计

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