99数控直流开关电源的设计与实现

分类号学号M201172042学校代码10487密级硕士学位论文数控直流开关电源的设计与实现学位申请人：瞿才鑫学科专业：控制工程指导教师：徐金榜副教授答辩日期：2013年5月28日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDesignandImplementationofDigitalDCSwitchingPowerSupplyCandidate:QuCaixinMajor:ControlEngineeringSupervisor:AssociateProf.XuJinbangHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属于华中科技大学硕士学位论文I摘要随着开关电源的快速发展和普及，较大功率的数控直流开关电源已经成为工业应用的一个重要分支。数控直流开关电源在电镀电源、焊机电源及充电电源等传统及新兴行业领域都得到了广泛的研究和应用，开发高性价比数控直流开关电源具有重要意义。本文以电解行业作为实际应用背景，阐述如何完成12V100A和100V30A两款数控直流开关电源的开发。本文首先对课题的背景及意义做了分析，介绍并比较了国内外开关电源技术的发展状况，接着分析了DC/DC变换器几种实用的拓扑结构，介绍了工作原理和控制过程。根据上述分析对12V100A系统采用全桥加倍流结构，100V30A系统采用了全桥加全桥结构，均采用三明治法进行高频变压器绕制。利用saber对结构和参数的可行性进行仿真验证。随后对控制系统的硬件、软件设计进行阐述。系统主控芯片采用芯片dsPIC33FJ64MC506，软件采用模块化设计方法，文中介绍了软件初始化模块，人机交互模块，PWM模块及上位机通讯模块的结构。文章结尾给出了最终的测试环节及实验结果，并与saber仿真结果进行了比较分析。最终表明这两款数控直流开关电源以硬开关技术很好的实现了预定的指标，具有较高的性价比。关键词：数控开关电源高频变压器仿真华中科技大学硕士学位论文IIAbstractTheDCswitchingpowersupplywhichhasthecharacteristicsofhighpoweranddigitalcontrolplaysanimportantroleinindustrialwiththerapiddevelopmentandpopularizationofswitchingpowersupply.ThedigitalDCswitchingpowersupplyhasbeenwidelyresearchedandputintoapplicationinmanyareassuchaselectroplatingpowersupply,weldingmachinepowersupply,chargingpowersupplyandothertraditionalandemergingindustrial.Therefore,developinghigherperformancetopriceratio,andhigherpowerlowvoltagehighcurrentswitchingpowersupplyisofgreatsignificance.Basedonthetopicoftheapplicationbackgroundforelectrolyticindustry,weexpoundhowtodevelopthe12V100Aand100V30AdigitalDCnumericalcontrolswitchingpowersupply.Abriefintroductionaboutthebackgroundandsignificanceoftopicsismadeinthisthesisfirstly.Andthenthedevelopmentofswitchingpowersupplytechnologyiscomparedathomeandabroad.Theanalysisaboutthestructure,workingprincipleofseveralkindsofpracticalswitchingpowersupplyandcontrolprocessisalsodetailedgiven.Basedontheaboveanalysis,thestructureof12V100AisselectedasFull-bridgeinverterwithCurrent-doublerrectifier,and100V30AisselectedasFull-bridgeinverterwithFull-bridgerectifier.Thehigh-frequencytransformerismadebySandwichwindingmethod.Andthesimulationresultshowsthefeasibilityofthestructureandthemainparameters.Thenthedesignofhardwareandsoftwareofthecontrolsystemisexpounded.ThedsPIC33FJ64MC506isadoptedasthesystemmastercontrolchip.Themodulardesignmethodisusedtoexplorethesoftware,anditcanroughlybedividedintosoftwareinitializationmodule,human-computerinteractionmodule,PWMmoduleandtheuppermachinecommunicationmodule.Attheend,the华中科技大学硕士学位论文IIIthesisputsforwardthefinaltestandexperimentresults,theresultshavebeencomparedwiththesabersimulationresults.Itshowsthatthetwolowvoltagehighcurrentswitchingpowersupplywithhardswitchingtechnologyisgoodenoughtoachievethepredeterminedindicators,andhashigherperformancetopriceratio.Keywords:Digitalcontrol,Switchingpowersupply,High-frequencytransformer,simulation华中科技大学硕士学位论文IV目录摘要...............................................................................................................IAbstract...........................................................................................................II1绪论1.1课题背景及意义...................................................................................(1)1.2数控直流开关电源的发展...................................................................(1)1.3研究内容与论文结构...........................................................................(3)2数控开关电源基本原理2.1DC/DC变换器基本结构......................................................................(6)2.2DC/DC变换器控制方式....................................................................(11)2.3系统的脉宽调制控制.........................................................................(12)2.4本章小结.............................................................................................(13)312V100A开关电源设计3.1控制系统的相关技术指标.................................................................(14)3.2系统的基本组成及拓扑选择.............................................................(14)3.3器件选型.............................................................................................(15)3.4高频变压器设计.................................................................................(20)3.5结构参数仿真验证.............................................................................(23)华中科技大学硕士学位论文V3.6硬件设计.............................................................................................(25)3.7软件设计.............................................................................................(32)3.8本章小结.............................................................................................(36)4100V30A开关电源设计4.1控制系统的技术指标要求...............................