基于ARM和PEBB的单相桥式电压逆变器研究

摘要

随着电力电子技术的发展，模块化程度低、缺乏灵活性、设计复杂、标准化程度低等因素日益成为制约其发展的瓶颈。而电力电子结构块（PEBB）正是为解决以上问题而提出的方法。因此研究利用PEBB来组建功率变换器具有一定的优势和重要的意义。 本文将电子技术和计算机技术等领域先进的、成熟的集成相关的技术应用于电力电子系统集成中，对电力电子系统集成中的操作系统、分布式控制技术和通信技术进行了研究。 将电力电子系统进行结构划分，分为PEBB功率部分和通用控制部分。对于功率部分，采用分立元件设计了一个半桥PEBB，包括主电路、保护电路、驱动电路、吸收电路和滤波电路等。在分析和对比了各种通信接口后选择具有“即插即用”功能的通用串行接口（USB）做为PEBB的数字通信接口。对于通用控制部分，选用具有高性价比的ARM7芯片S3C44B0X做为核心处理单元，辅以相应的外围电路。采用USB主机控制芯片使其具有类似USB主机的功能，实现与PEBB的通信和方便“即插即用”的管理。在软件设计上引入实时操作系统UC/OS-Ⅱ，采用多任务系统的形式，满足电力电子操作系统实时性的要求。然后，用两个半桥PEBB和一个通用控制器组成了一个单相全桥电压逆变器，分析和解决PEBB之间的同步等问题。最后给出并分析了实验结果。 通过上述工作，验证了PEBB对解决当前电力电子技术系统集成问题的可行性，为后续研究打下基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1电力电子技术的发展

1.1.1电力电子元件的发展

1.1.2电力电子控制技术的发展

1.2电力电子技术发展的瓶颈和现状

1.2.1电力电子集成的概念

1.2.2电力电子集成的现状

1.3课题研究工作内容及论文结构安排

第二章ARM处理器和USB总线在PEBB中的应用

2.1 PEBB结构概述

2.1.1 PEBB的概念

2.1.2 PEBB的结构

2.1.3电力电子主电路模块化

2.1.4控制电路模块化和标准化

2.2 ARM体系概述

2.2.1 ARM处理器简介

2.2.2 ARM与DSP的比较

2.3 USB总线概述

2.3.1 USB总线的结构

2.3.2 USB总线的信号特性

2.3.3 USB总线的枚举

2.3.4 USB总线对比其他通讯接口

2.4本章小结

第三章单相全桥电压逆变器硬件结构设计

3.1系统总体硬件结构

3.2半桥PEBB的结构设计

3.2.1电压逆变电路的基本拓扑结构及其工作原理

3.2.2半桥PEBB的硬件设计

3.2.3 PEBB通信接口硬件设计

3.3通用控制器的硬件设计

3.3.1通用控制器的功能及特点

3.3.2 S3C44BOX简介

3.3.3 ARM的核心模块

3.3.4 JTAG调试接口、时钟及复位电路

3.3.5通信接口电路

3.4 USB主机端的硬件设计

3.4.1 USB主机控制器

3.4.2 SL811HS的结构及特点

3.4.3 SL811HS的寄存器

3.4.4 SL811HS与S3C44BOX的硬件连接

3.5本章小结

第四章单相全桥电压逆变器软件系统设计

4.1操作系统的选择

4.2 UC/OS-Ⅱ操作系统的应用

4.2.1UC/OS-Ⅱ在S3C44BOX上的移植

4.2.2启动及初始化程序

4.3部分结构块程序

4.3.1 PEBB通信接口的软件设计

4.3.2 PEBB类及类命令

4.3.3 UC通信软件设计

4.3.4 UC的多任务管理器设计

4.4本章小结

第五章逆变器的组成和实验

5.1单相全桥逆变器的硬件组成

5.2软件系统组成

5.3同步问题的解决

5.4 PWM脉宽数据的传输

5.5实验结果及分析

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录 附录 UC/OS-Ⅱ在S3C44BOX上的移植过程

致 谢

攻读硕士学位期间的主要研究成果