40000字硕士毕业论文电力电子系统中数字信号处理器基础技术的研究
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：40000字
论点：电路,噪声,变换器
论文概述：
我们常用的抗干扰设计通常分为两种，即硬件的和软件的。在DSP控制的开关电源当中，主要采用前者进行抗干扰。这是因为软件抗干扰总存在一定的延时，实时性比较差，而这对主电路而言是绝
论文正文：
1前言
1.1主题背景
电力电子技术属于电子技术的分支。近年来，随着电力电子器件和换流技术的进步，它取得了很大的进步。其主要应用领域是电能转换及相关行业，在通信、能源、交通等国家重点科技领域发挥着极其重要的作用。电力电子技术最重要的应用之一是开关电源领域。众所周知，我们在日常生活中需要不同的电压水平。例如，在通信行业，我们需要5V、12V、15V、48V等等，这需要将电能转换成我们生活中需要的电能。此外，人们对安全和智能的要求日益提高，这无疑对电力行业提出了新的挑战。因此，如何利用最优控制方法和控制算法来满足这些要求成为研究的热点问题。
回顾电源发展的历史，我们很容易发现其控制策略是通过重叠模拟集成电路芯片来完成的。虽然我们看到模拟控制的优点，但也看到它在某些方面的缺点，例如在某些特殊场合使用的负载，有时我们的电源很难满足要求。随着通信、网络、数据传输、计算机等技术的不断升级和成熟，数字信号处理技术也取得了可喜的进步。目前，许多科研机构已将数字电源作为其主要方向之一。艾默生在这一领域拥有雄厚的技术积累，一直是数字电源领域的领导者。
虽然数字系统有明显的优势，但其发展速度比人们最初预期的要慢。这是因为它的技术不够成熟。它的主要特点是价格高，处理速度慢，没有模拟集成电路的优势。随着数字处理器如数字信号处理器和现场可编程门阵列的快速发展，数字处理器成为开关电源的核心已经成为可能。图1.1是典型数字系统的意图。
1.2数控开关变换器的发展现状
1.2.1数字电源的基本概念
在电力电子领域，数字控制对DC-DC转换器的应用已经经历了一定的阶段，大致可以分为以下几个过程:
(1)切换仅具有数字处理器辅助功能的DC-DC转换器在这种应用中，核心电路仍然是模拟电路，这就像是在传统的模拟电源上增加了一部分额外的数字电路，而这部分数字电路只起到了状态显示和监控等辅助作用。
(2)半数字控制半数字控制DC-DC转换器的所谓半数字控制是指模拟电路和数字电路作为控制回路一起工作。例如，在一些特定应用中，给定信号的采样由误差放大器实现，而给定信号与载波的比较由数字控制器实现。
(3)所有数字控制的DC-DC转换器都是数字的。从字面意义上讲，所有的控制回路都是由数字控制处理器实现的，包括采样、回路算法、DPWM等。严格来说，这是真正的数字开关转换器。目前已成功应用的电路有不间断电源、功率因数校正、有源电力滤波器等。
我们发现，事实上，数字控制器在前两种电路中并不处于核心位置。它只是在一定程度上弥补了模拟电路的缺陷。然而，随着数字处理器相关产业的快速发展，进一步推动了全数字开关变换器的发展。我相信在不久的将来，它一定会占据很大的市场份额。
2.1 DC噪声引起的错误
2.1.1热漂移
如果我们使运算放大器的两个输入短路，则v . = a(Vp-Vw)= a×0 = 0，但是，由于Vp和v#输入级的两个部分之间存在固有的不匹配，这在实际运算放大器中很常见。为了使v .等于零，必须在输入引脚之间添加适当的校正电压(失调电压)，失调电压主要与热漂移、电源抑制比和共模抑制比有关。它与温度有关，可以用温度系数来表征。热漂移主要由原始al的两个部分引起，一个是器件本身固有的失配，另一个是输入级的两个部分之间由于温度变化趋势不同而产生的温差。一般而言，数据表会给出常温下的失调电压和温度系数，因此我们可以通过以下公式轻松找到任意温度下的失调电压。
2.2交流噪声引起的误差
交流噪声根据不同的噪声源可分为外部噪声(或干扰噪声)和内部噪声(或固有噪声)。前者是由电路和外部世界之间的冗余交互产生的，甚至是电路本身不同部分之间的冗余交互。它可以是周期性的、间歇性的或完全随机的。我们可以通过过滤、称重、隔离、电磁屏蔽等预防措施来降低或防止干扰噪声。然而，后者是由于各种随机现象造成的，这些现象是不可预测的，可能存在也可能不存在，并且具有很大的随机性。因此，没有办法消除噪声、电流源和电气IE源，我们可以使用图2.4所示的三个等效噪声源来表征运算放大器。
大多数运算放大器的噪声分布实际上是有一定规律的。通常，白噪声在高频带占主导地位，1//噪声在低频带占主导地位。对于前者，带宽越宽，功率越大。后者不是简单的正相关，功率取决于频带的上限和下限之比。因此，为了最小化噪声，带宽必须严格限制在能够满足要求的最小带宽。输入电压的等效交流噪声模型如图2.5所示。让我们看看误差与带宽之间的关系，带宽分别为50万和10万。
3数字控制若干问题的探讨..............................35-48
3.1决议..............................35-39
3.2模数转换器分辨率..............................39-41
3.2.1感应电流分辨率..............................39-41
3.2.2输出电压的分辨率..............................41
3.2.3输入电压的分辨率..............................41[/比尔/] 3.3脉宽调制的分辨率..............................41-43
3.4离散化方法的比较..............................43-47
3.5本章结论:..............................47-48
4全氟化碳的数字控制..............................48-68
4.1谐波的基本概念..............................48-50
4.2 PFC电路的基本原理..............................50-52
4.3 PFC电路中的问题分析..............................52-58 [/BR/] 4.3.1前馈电压引入..............................52-54
4.3.2..............................54-56
4.3.3前馈电压引起的前馈电路设计..............................基于数字信号处理器的56-58
4.4前馈计算..............................58-60
4.4.1频率计算..............................59
4.4.2前馈分量的计算..............................59-60[/溴/] 4.5模拟和实验波形..............................60-67
4.6本章结论..............................67-68
结论
结论基于数字控制的功率因数校正电路，讨论了如何设计合理的信号调理电路。如何确保系统的分辨率满足设计要求；详细讨论了如何保证模拟补偿器离散化为数字补偿器时所选择的双线性变换方法是最优的。另外，数字前馈由软件实现。具体结论如下:
1。由于发送到数字信号处理器的信号必须小于3.3V，调节电路的功能是将信号转换成我们需要的适当信号。通过在同一电路中两个不同运算放大器的实际应用，比较分析了运算放大器的不同选择给电路带来的误差也不同。对误差进行了模拟，模拟结果与理论计算值基本一致。此外，带宽的选择对采样结果的影响也至关重要。如果带宽选择不合适，采样结果的实时跟踪将变得非常差。
2。信号调理电路的输入阻抗也对采样结果有很大影响。本文给出了数字信号处理器中模数转换器电路的等效模型，并通过对一个实际公共电路的分析和实验，验证了如果外部输入阻抗选择不当，采样值与实际值会有一定的差异，严重时误差会很大。
3。模数转换器自身的增益误差和失调误差也会导致采样偏差。本文提出了三种提高数字信号处理器内部模数转换器采样精度的方法:软件校正、外部模数转换器和双时序模式。此外，给出了信号调理电路接线时应注意的一些问题及相应的解决方法。
4。模数采样(AD sampling)是一种量化编码过程，不可避免地会导致采样值和理论计算值之间的差异，从而引入误差。为了简单直观地表达这一误差，本文介绍了方波和银齿波两种情况，并得出了最坏情况下分辨率的计算公式。然后，根据功率因数校正电路的三个采样信号，通过详细的数学运算推导，验证了所选用的数字信号处理器完全能够满足要求。
5。双线性变换法由于其独特的优势，在离散模拟系统到数字系统的转换中得到了广泛的应用。通过对其三种变换形式的分析，验证了这三种变换形式都能准确反映原系统的时域稳定性。就动态响应速度而言，只有(3.24)能更好地反映原始系统。在频域中，只有(3.24)能更好地逼近原始系统，另外两个是不理想的。
6。对于功率因数校正电路，为了保证恒定的功率，输入电压和输入电流应该在相反的方向上变化，但是为了提高功率因数，它们需要在正方向上变化，所以这是一对矛盾。为了解决这个问题，引入了前馈电压，并通过软件编程实现了数字前馈控制算法，取得了良好的实验结果。