大功率车载交流逆变电源的设计与仿真分析

摘要

普通汽车已经不能满足某些行业在特种作业上的特殊要求，为了满足这些特殊需求，各种专用车辆孕育而生。这些专用车基本由普通车辆改装而成，车上装备了越来越多的电器设备和工程设备，其中将大功率的电器配备在车上是未来汽车的发展趋势之一。是否能够提供稳定、可靠和优质的电源来满足大功率用电设备的用电需求，是大功率电器配备在车上所面临的且必须解决的重要问题。
　　本文根据车载电源的设计要求，采用AC－DC－AC，即先整流后逆变的模式。首先选取整流二极管对发电机输出的三相交流电压进行整流，再选取合适的开关管构成降压电路，针对降压电路给出合适的PWM控制方案对整流后电压进行稳压控制，然后通过高频推挽电路和高频变压器升压，其次选择DSP2812产生SPWM控制信号，采用增量型PI算法和双闭环控制策略对H桥逆变电路进行控制，最后用SABER和MATLAB对设计的电路进行仿真。主要的研究内容如下：
　　1、设计了系统的整体结构。根据大功率车载电源的设计要求，分析、比较了直接变频和间接变频的利弊，选择先整流后逆变的间接变频方式，并采用了非控二极管整流加BUCK降压电路作为整流稳压电路；对整流过后所需逆变，则先使用推挽电路高频逆变加高频变压器升压作为DC—DC升压电路，然后使用H桥逆变电路工频逆变，使最后输出电压为50Hz、220V的交流电压。
　　2、设计了整流稳压电路和高频逆变电路。研究了二极管和开关管的使用特性和选取准则，选用RM250DZ-H型号的整流二极管模块和BSM200GA120DLCS型号的开关管，采用TL494设计PWM稳压控制电路；研究了推挽逆变电路与全桥逆变电路中驱动电路的设计原则，选用IXTN200N10T型号的MOSFET-N通道开关管和STGW30N120KD型号的IGBT，采用TMS320LF2812芯片产生SPWM控制信号，并设计了对应的滤波电路、采样调理电路和过流保护电路。
　　3、设计了系统的控制算法。分析了SPWM波的产生方式，给出了利用TMS320LF2812产生SPWM波的流程图；研究了增量型PI算法和双闭环控制系统的原理，分别给出了全桥逆变过程中电压外环调节和电流内环调节的程序流程图。
　　4、仿真分析。采用SABER平台对系统的整流稳压电路、升压电路和逆变电路的主电路进行仿真，采用MATLAB对PI控制算法进行仿真，验证了系统电路的合理性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

§1.1研究背景

§1.2国内外车载电源研究状况及发展趋势

§1.3研究意义及内容

第二章 系统的整体结构设计

§2.1大功率车载电源的设计要求

§2.2大功率车载交流电源系统主拓扑结构选型和基本结构

§2.3大功率车载交流电源系统具体主电路的选型

§2.4 SPWM的原理介绍

§2.5本章小结

第三章 大功率车载电源系统的硬件设计

§3.1整流稳压电路的设计

§3.2高频逆变电路的设计

§3.3本章小结

第四章 系统的软件设计

§4.1系统初始化

§4.2 DSP实现SPWM波方法

§4.3数字PI算法

§4.4 SPWM全桥逆变电路双闭环控制策略

§4.5全桥逆变电路闭环控制策略软件的具体实现

§4.6本章小结

第五章 仿真分析

§5.1引言

§5.2仿真平台介绍

§5.3发电机整流稳压电路仿真

§5.4 DC—DC升压电路仿真

§5.5全桥逆变电路仿真

§5.6 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1全文总结

§6.2研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参加的科研项目及科研成果