基于DSP的电压型并联多重化航空逆变电源设计

摘要

航空逆变电源为飞机二次电能转化设备，其结合现代半导体器件与电力电子变流技术将飞机直流电源（如28V等）变成单相或三相400Hz交流电源供飞机上其它电气设备使用。随着目前半导体工业的发展，采用数字化设计有助于提高航空逆变电源性能与集成度，是高性能航空逆变电源的根本趋势。
　　本文以航空逆变电源为对象，针对改善航空逆变电源性能与减小输出谐波要求，基于高性能数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)，设计了低输入（26V-30V）三相电压型并联多重化航空逆变电源，逆变电源输出为115V/400Hz正弦波。航空逆变电源设计分成DC-DC、辅助DC-DC降压电路、DC-AC三级结构。前级DC-DC为Boost电路，通过把输入的低压(26V-30V)直流电源变换成210V（115×1.414/0.8=203V）高压直流电源，为后级DC-AC提供稳定的电平。分析对比前级DC-DC拓扑，综合选择推挽正激电路结构为前级DC-DC变换拓扑。分析对比后级DC-AC拓扑，提出电压型并联多重化结构为后级拓扑。辅助DC-DC降压电路采用集成降压芯片设计并为数字系统提供低压工作电源。
　　本文设计并计算了各级电路元器件参数，对各级模块原理图进行了绘制，根据所提出的电压型并联多重化逆变结构，搭建基于MATLAB/Simulink的仿真软件并进行了仿真，并完成了一台基于DSP的逆变电源实验样机。仿真与实验结果证明了本文所提方法的正确性与有效性。
　　本文提出的电压型并联多重化逆变电源具有如下特点：
　　（1）逆变器每一相变压器原边采用多个H桥逆变并联结构，变压器副边采用单个绕组结构。
　　（2）当原边某个桥路发生故障时，可以将故障H桥切除，逆变器输出电压伏值不变，只是最大输出功率相应减小与谐波含量相应增加。
　　（3）由于变压器原边多个H桥的移相调制与变压器的耦合作用，与单个H桥相比其开关频率增加了N倍，可以大幅减小逆变电源输出谐波。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 航空逆变电源发展与现状

1.3 航空逆变电源数字化概述

1.4 航空逆变电源设计性能指标

1.5 本文主要研究内容

2 系统方案

2.1 总体方案

2.2 前级DC-DC升压（Boost）方案

2.3 辅助DC-DC降压（Buck）方案

2.4 后级DC-AC逆变电路方案

3 各模块设计与实现

3.1 前级DC-DC升压模块设计

3.2 辅助DC-DC降压模块设计

3.3 后级DC-AC逆变模块设计

3.4 电路原理图

4 系统软件设计

4.1 主控芯片及IDE介绍

4.2 软件总体架构

4.3 初始化

4.4 SPWM原理与生成

4.5 中断处理

4.6 PID控制

5 仿真与实验分析

5.1 Simulink简介

5.2 SPWM产生模块

5.3 仿真与结果分析

5.4 实验与结果分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

致谢