AC-AC高频连接型变换器

摘要

电力电子变换技术在过去六十年里已经取得较大发展，人们在AC/DC、DC/DC、DC/AC等领域内的中、小功率变换器研究已经取得了显著成就。然而，对AC/AC变换器研究仅局限于可控硅变换器、矩阵变换器和交流斩波器等交流电网与负载无电气隔离领域。目前国内外对于AC/AC变换技术的研究仍处于初级阶段，寻找一种结构简洁、控制模式方便的主拓扑具有很重要应用意义。
　　本文通过了解各种典型和新兴的交流变换器主拓扑结构及其性能特点，对高频连接型全桥桥式变换器的电路拓扑、控制原理等进行了深入研究，设计出一款可运行恒压、恒流两种工作模式的AC-AC变换器。经过仿真分析、实际软硬件电路设计等步骤后完成了该变换器样机的组装。该变换器是一款交流输入端与负载电气隔离的AC/AC变换器，拓扑结构简洁，控制方便，在大功率场合具有广大的应用前景。
　　本文首先分析高频连接型全桥桥式变换器工作原理及四种工作模态，选择电流型PWM控制策略，分别对输出电压/电流进行采样，反馈回来作为控制外环，采集H桥处母线电流作为电流内环，构成一个双闭环控制系统，有效改善了系统动态响应特性。本文根据系统需要进行了相关器件选择，设计了硬件电路、软件系统。由单片机C8051F040作为控制系统的核心，构建完善控制体系。本文还通过采用matlab中的simulink工具箱对所设计电路进行仿真分析，分别让系统在20Khz工作频率下进行恒压、恒流测试，每一种工作模式各进行三种不同负载测试仿真，得到的仿真结果与理论分析一致。最后实际制作出一台550W的AC-AC高频变换器，并利用该变换器进行不同工作模式不同负载实际测试，实验数据波形与仿真结果、理论分析一致。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 AC／AC变换器研究现状

1．2．1 AC-DC-AC变换器

1．2．2 AC-AC直接变换器

1．3 AC／AC变换器的发展方向及应用前景

1．4 本文的主要研究内容

1．5 小结

第二章 电气隔离变换器

2．1 工频隔离型变换器

2．2 高频隔离型变换器

2．3 小结

第三章 高频连接型全桥桥式变换器硬件设计

3．1 高频连接型全桥桥式变换器拓扑结构及原理分析

3．2 恒压、恒流控制策略

3．3 双向开关的选择

3．4 IGBT基本特点、驱动、保护

3．4．1 IGBT选型、驱动要求及电路设计

3．4．2 IGBT保护

3．5 高频变压器设计

3．5．1 磁芯材料及结构的选择

3．5．2 变压器参数设计

3．6 LC输出滤波器设计

3．7 小结

第四章 控制系统设计

4．1 微控制模块设计

4．1．1 C8051F040控制芯片简介

4．1．2 CPU辅助电源

4．1．3 CPU复位电路

4．1．4 人机界面设计

4．2 闭环控制电路设计

4．2．1 电压采样电路

4．2．2 电流采样电路

4．2．3 温度采样电路

4．2．4 DA调理电路

4．2．5 控制系统电流内环电路设计

4．3 系统软启动、欠压保护、温度保护电路设计

4．3．1 软启动电路设计

4．3．2 欠压保护电路设计

4．3．3 极限温度保护电路设计

4．4 小结

第五章 软件系统设计

5．1 软件系统开发环境

5．2 软件系统结构组成及主程序设计

5．2．1 软件系统结构组成

5．2．2 软件系统主程序设计

5．3 子程序设计

5．3．1 按键程序设计

5．3．2 AD转换程序设计

5．3．3 DS18B20程序设计

5．3．4 液晶显示模块程序设计

5．4 小结

第六章 系统仿真测试与分析

6．1 恒流模式仿真测试

6．2 恒压模式仿真测试

6．3 总结

第七章 电路搭建、调试与结果分析

7．1 实际电路与软件调试

7．1．1 硬件电路调试

7．1．2 系统软件调试

7．2 实验结果及分析

7．2．1 恒流测试

7．2．2 恒压测试

7．3 总结

第八章 总结与展望

8．1 总结

8．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间科研成果