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60000字论文范文基于单片机的100千伏DC电源的研究与开发

论文类型:论文范文
论文字数:60000字
论点:电源,高压,电路
论文概述:

本文以全桥逆变为核心,详细分析了逆变器的工作过程与状态,选择了高频全桥逆变器作为电路的拓扑结构。根据频率的设计范围以及电压电流的大小,选择了合适的开关管及隔离芯片,并给出

论文正文:

第一章简介

1.1研究背景和意义
几十年前,原来的高压直流电源只能应用于实验研究,但是经过半个多世纪的发展,高压直流电源技术已经达到了比较先进的水平,发展到适用于工业、农业、环保技术等各个领域。然而,传统的高压电源几乎不使用高频,升压时仍处于工频状态。虽然传统技术已经使用多年,但对于升压变压器来说,频率的增加意味着体积的减小,因此频率的增加减少了误差和干扰,提高了可靠性。此外,它们的输出电压调节时间太长,并且纹波、电源精度和稳定性也很难达到非常理想的条件。
近年来,随着电力电子和数字技术的发展,开关电源正逐渐取代传统电源,成为供电行业的主流形式。利用开关电源技术提高电能转换效率越来越受到社会各界的重视。当前高压DC电源的发展趋势是小型化、模块化和数字化。目前,以功率金属氧化物半导体场效应晶体管和IGBT为代表的集高频、高压和大电流于一体的功率半导体复合器件为高效率、高可靠性和小型化的高压电源奠定了基础。高频可以改善电源的性能,降低变压器的体积和纹波系数,但同时,高频会导致开关器件频繁开关和增加能耗。随着半导体技术和数字电路的发展,由数字器件控制的电源内部参数可以调整,这意味着电源的动态特性是可变的。此外,数字技术的快速发展使得数字控制芯片的性能不断飞跃,但价格却不断下降。数字电源逐渐渗透并占据了传统模拟电源的应用领域,发展越来越快。中国在20世纪80年代开始研究高频高压电源。与国外相比,虽然起步较晚,但经过近30年的研发,已经取得了一定的成绩。
目前,许多制造商也生产高压DC电源,但大多数是体积大、精度低的线性电源。就目前情况而言,发达国家的供电行业相对发达,技术领先我们很多年。就供电行业而言,我们暂时没有能力与发达国家竞争。供电产品在技术水平、质量、持续创新、可靠性、先进检测设备、智能化、生产规模、网络化等方面的差距超过10年。特别是,与发达国家相比,实现稳压电源网络化和智能化研究的投资仍然相对较大。该数字高压电源系统性能优异,智能化水平高,灵活性可靠。随着数字电路技术和信号技术的不断发展,可以预测,在不久的将来,数字电源必将淘汰传统的模拟电源。因此,基于所学知识的高频数字电源的研发符合时代要求,非常必要,具有时代价值,必将是供电行业发展的必然趋势,也对中国的供电产品向世界推广具有重要意义。

1。2高压直流电源概述
高压直流电源趋向数字化,实现电源控制、保护和通信,以满足现代电源日益复杂的控制要求。模拟技术和数字技术的结合为新技术供电装置和发电机现场提供了很强的适应性和灵活性。它具有直接监控、处理和适应各种条件和系统的能力,能够满足几乎任何电源要求。
高压DC电源广泛应用于农业,如农业生物静电效应研究、静电喷雾杀虫剂、农业材料静电喷涂、农产品加工静电植绒、静电杀菌、农业环境静电除尘、农业种子静电处理等。广泛应用于电力系统高压电气设备的DC耐压和泄漏试验,如电力系统避雷器和变压器绕组试验。它也广泛用于特殊行业。例如,高压电源是核辐射探测仪器不可或缺的一部分。它向核辐射探测器组件(如比例计数器、通用计数器、光电倍增管、半导体探测器等)提供高电压。)并与用于能谱分析或放射性强度测量的其他仪器结合使用。传统的高压电源通常根据功率水平通过变压器直接升压整流或倍压整流来实现。随着电力电子技术的发展,高压电源趋于高频化和小型化。由于电源本身和控制原理的限制,传统的高压DC电源有许多自身的缺陷,如变压器体积大、重量大。

1.3数字高压电源的发展与现状................................10-13
1.3.1数字..............................12
1.3.2模块化.........................................12
1.3.3绿化.........................................12-13
1.4本论文的主要研究内容和方法如下:..............................13-14
第二章低压电路和控制电路的设计...................14-28
2.1供电系统组成图.........................................14
2.2稳压电源的基本原理.........................................14-15
2.3 DC稳压电路设计..............................15-17 [/BR/] 2.4控制电路设计..........................................17-22
2.4.1脉宽调制原理..........................................17-18
2.4.2脉宽调制优势.........................................18-19
2.4.3脉宽调制控制方法简介...................19-20
2.4.4单片机调压设计..............................20-22
2.5设备选择.........................................22-28
2.5.1 STC 89C52单片机简介................22-24
2.5.2 DC斩波电路.........................................24-25 [/BR/] 2.5.3 BTS驱动板.........................................25-28 [/BR/]第三章变频器设计.........................................28-44
3.1变频器的工作原理.........................................28-29
3.2变频器主要技术指标.........................................29 [/BR/] 3.3 ZVS全桥逆变器电路.........................................29-38[/比尔/] 3.4选择.........................................38-43[/溴/]用于主要部件3.4.1脉冲发生器的选择..............................38-42
3.4.2开关管和隔离芯片的选择.............................42-43[/溴/] 3.5逆变电路的印刷电路板设计.........................................43-44 [/BR/]第四章高频变压器和倍压整流电路的设计................44-52 [/BR/] 4.1高频变压器.........................................44-48
4.1.1磁芯材料的选择..............................45-46 [/BR/] 4.1.2主要参数设计.............................46-48
4.2倍电压整流电路设计..............................48-52
4.2.1倍电压整流电路原理..............................48-49
4.2.2倍压整流电路的具体设计..............................49-52
第五章系统仿真和测试.........................................52-57
5.1参数的确定.........................................52
5.2系统模拟和测试波形..............................52-57
5.2.1模拟软件简介..........................................52-53[/溴/] 5.2.2模拟和测试波形..........................................53-57

全文摘要

详细分析了电源的工作原理和状态,研制了一种基于单片机的高压DC电源。本文的主要工作体现在以下几个方面:
(1)本文以全桥逆变器为核心,详细分析了逆变器的工作过程和状态,选择高频全桥逆变器作为电路拓扑。
(2)根据频率的设计范围和电压电流的大小,选择合适的开关管和隔离芯片,给出选择器件的依据和主要参数。
(3)高频高压变压器是高压DC电源的关键。本文详细分析了变压器的设计参数,给出了选择变压器的计算公式。在第一次试验中,EI40变压器被选为主要设计,导致温度严重上升。这是由不合理的选择造成的,没有充分考虑爬电距离和温升等问题。在未来的发展中,应该注意到这一点。
(4)实现了电路调压部分的关键调整,并详细介绍了所选单片机的原理和参数,避免了传统电位器调整带来的麻烦。通过调整空的比率来调整电压,并附上调整程序。
(5)完成了倍压整流电路的详细分析和设计,并介绍了所选用的器件。此外,还给出了仿真波形和示波器检测模式。