高频软开关电镀电源的设计和研究

摘要

随着国民经济的快速发展和电力电子技术的革新，以电力电子技术为核心的电镀电源有了革命性的进步。电镀电源属于低压大电流设备，作为电镀行业中的核心设备同时也是最主要的能量消耗者，其效率的高低关系着行业的节能成败，其性能的好坏关系着对电网污染程度的高低。因此，高品质、高性能的电镀电源是电镀行业实现节能、电网绿色化的重要途径。
　　对硬开关结构的移相全桥PWM变换器和一种软开关结构的移相全桥PWM变换器进行比较。在此基础上，针对移相全桥ZVS PWM变换器的滞后臂软开关不易实现的问题，本文提出了一种变压器原边串联隔直电容，滞后臂功率开关管上串联二极管的移相全桥ZVZCS PWM变换器拓扑结构，利用隔直电容两端的电压形成阻断源加快变压器原边的电流复位速度，同时在滞后臂串联快恢复二极管使反向回路断路，避免复位的电流反向流过开关器件，使滞后臂在大负载范围内实现零电流的开通与关断。其次通过电路参数的计算与MATLAB仿真，对谐振元器件参数的选择进行了的研究。经过实验验证表明滞后桥臂的功率开关管在开通前，电流已经下降为零，实现零电流开通，而在功率开关管关断时，电流仍保持为零，从而实现零电流关断。
　　针对电镀电源属于非线性时变系统，很难建立起准确的数学模型和常用控制方法具有超调量较大响应时间慢等缺点，在现有的PID控制基础上，本文提出了一种改进型PID控制，综合模糊控制和PID控制的优点，在误差较大时采用模糊控制，误差较小时采用PID控制，两种控制的切换根据设定的误差值的大小。仿真结果表明这种改进型PID控制系统具有超调量小、动态响应快，稳态误差小的特点，优于传统PID控制，达到控制目标。
　　最后，本文在上述工作基础上以DSP28335为核心控制器设计了一种的数字化高频软开关电镀电源，完成了软硬件设计，通过带载调试，试验结果表明该电源输出稳定，精度较高，能够较好地满足电镀的工艺要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 背景与意义

1．2 电镀电源国内外的研究现状和电镀电源中应用的新技术

1．2．1 电镀电源国内外的研究现状

1．2．2 电镀电源中的软开关技术

1．2．3 电镀电源中的数字控制技术

1．3 电镀电源的发展前景

1．4 本文主要工作

第二章 移相全桥ZVZCS PWM变换器

2．1 基本移相全桥PWM变换器

2．2 移相全桥ZVS PWM变换器

2．2．1 移相全桥ZVS PWM变换器的原理

2．2．2 ZVS实现的条件

2．3 移相全桥ZVZCS PWM变换器

2．3．1 电流复位方法的分析

2．3．2 ZVZCS PWM变换器拓扑结构的对比分析

2．3．3 移相全桥ZVZCS PWM变换器的原理

2．3．4 移相全桥ZVZCS PWM变换器的主要特性

2．4 本章小结

第三章 软开关电镀电源的硬件设计

3．1 电镀电源的系统组成

3．2 软开关谐振元件参数选择及验证

3．2．1 谐振元件选择的原则

3．2．2 超前臂并联电容的选择

3．2．3 功率开关管的选择

3．2．4 隔直电容Cb的选择

3．2．5 谐振电感的选择

3．2．6 高频变压器参数设计

3．2．7 输出滤波电路

3．2．8 仿真验证

3．3 驱动及辅助电路的设计

3．3．1 驱动电路的设计

3．3．2 电压采样电路的设计

3．3．3 电流采样电路的设计

3．3．4 过流保护电路的设计

3．4 本章小结

第四章 电镀电源控制系统及软件设计

4．1 控制系统

4．2 数字控制方法

4．3 改进型PID控制

4．3．1 PID控制器

4．3．2 模糊控制器的设计

4．3．3 仿真验证

4．4 电镀电源软件设计

4．4．1 程序主体结构设计

4．4．2 相关子程序设计

4．4．3 软件抗干扰技术

4．5 本章小结

第五章 实验验证

5．1 IGBT驱动电路的验证

5．2 变压器两端的波形验证

5．3 恒压恒流输出的验证

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献