基于DSP的非接触式电源系统的研究

摘要

非接触式感应耦合电能传输(ICPT)系统是一种新型的电能传输技术，它摆脱了传统供电方式通过导体直接接触供电的方式，通过感应电磁耦合关系向负载提供电能，彻底消除了接触电火花的存在，减小了机构磨损，具有免维护或低维护运行的特点。它以其安全、环保、低维护、适应性强等优点得到了迅速发展。 本文首先介绍了以ICPT技术为基础的非接触式电源的原理、基本结构与发展现状，对非接触式电能传输系统的关键部件松耦合变压器的实现结构进行了分析，在常规变压器的数学模型的基础上推导出松耦合变压器的数学模型，导出其关键参数的计算方法。对松耦合变压器的磁路进行分析，针对其磁路磁阻大、耦合率偏低的特点，为了获得最大的电能传输效率，我们对松耦合变压器的原、副边相对位置不同时进行了ANSYS数学仿真，找出了变压器结构与电能传输效率的关系，为松耦合变压器的研制提供了理论指导。 为了减小系统的损耗，提高电能传输效率，文中采用了基于移相全桥ZVSZCS-PWM控制的高频谐振逆变器，在合理设计电路参数的情况下，该电路能实现零电压、零电流软开关，降低了对功率器件的电流与电压冲击，有效地减小了电路损耗，提高了系统效率，在MATLAB中对其工作性能进行的仿真验证了该种控制方法能有效地提高系统的电能传输效率。 文章最后提出了将TMS320F240型DSP应用于非接触式电源系统的一种实现方案，给出了控制系统的硬件框架及主要程序的软件流程图。

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第1章绪论

1.1 引言

1.2非接触式电源技术的发展与现状

1.3基于DSP的非接触式电源技术的关键技术问题

1.3.1非接触式感应电能传输系统的原理

1.3.2谐振逆变技术与软开关技术

1.4本文研究的目的和内容

第2章I CPT技术的工作原理及其基本结构

2.1非接触式感应电能传输技术的原理

2.1.1感应耦合电能传输(ICPT)技术的提出与发展

2.1.2感应耦合电能传输技术的工作原理

2.2感应电能传输技术的基本结构

2.2.1整流电路部分

2.2.2高频逆变电路及松耦合变压器

2.2.3松耦合变压器的物理实现

2.2.4负载侧电能参数调节及负载控制

2.3本章小结

第3章松耦合变压器的原理及其设计分析

3.1松耦合变压器概述

3.2松耦合变压器的分类与结构

3.2.1静止型松耦合变压器的类型与结构

3.2.2滑动式松耦合变压器的结构特点

3.3松耦合变压器数学模型

3.4松耦合变压器的磁路分析

3.4.1常规变压器的电磁关系

3.4.2松耦合变压器的磁路分析

3.5松耦合变压器的磁芯选型及参数设计

3.5.1松耦合变压器的磁芯选型

3.5.2松耦合变压器的磁芯参数设计

3.5.3变压器的损耗

3.6松耦合变压器的绕组设计及其参数计算

3.6.1松耦合变压器的绕组设计

3.6.2松耦合变压器的漏感计算

3.7松耦合变压器的计算机仿真分析

3.7.1副边线圈的绕制部位对电能传输的影响

3.7.2原边与E型铁芯的相对位置与传输效率仿真分析

3.7.3 E型与Ⅰ型铁芯距离不同时的计算机仿真分析

3.8本章小节

第4章移相全桥ZVSZCS-PWM变换器

4.1基本的全桥PWM变换器

4.2基本的移相控制FB-ZVS-PWM变换器

4.2.1基本移相控制全桥ZVS-PWM变换器

4.2.2基本移相全桥ZVS-PWM变换器的周期工作过程分析

4.2.3基本移相控制全桥PWM变换器的占空比丢失

4.2.4开关管零电压开关条件

4.2.5基本的移相控制FB-ZVS-PWM变换器的优缺点分析

4.3移相全桥控制ZVSZCS变换器

4.3.1移相控制ZVSZCS变换器中的ZCS实现方式

4.3.2移相ZVSZCS变换器运行过程分析

4.3.3电路特性及电路参数的设计

4.4移相控制ZVSZCS变换器的计算机仿真分析

4.4.1系统仿真模型的建立

4.4.2仿真结果分析

4.5本章小节

第5章非接触式电能传输系统的DSP实现

5.1 TMS320F240概述

5.2非接触式电源的硬件实现

5.2.1系统控制主电路

5.2.2不可控整流及全桥移相逆变电路

5.2.3开关管IGBT的驱动与保护电路

5.3非接触式电源系统的软件实现

5.4本章小节

结论

参考文献

致谢

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