斩控式交流电子调压器设计斩控式交流电子调压器设计-word文档网

文档字数：19298

一种斩控式交流电子调压器设计

摘要

电能是目前人类生产和生活中最重要的一种能源形式。合理、高效、精确和方便地利用电能仍然是人类所面临的重大问题。对各种各样的电源装置提出的技术要求中，除了稳定性、可靠性、精确性、高效率等方面的要求外，小型化和轻量化也是十分迫切的需求。目前解决的主要手段有高频化、元器件和结构的小型化。采用电力电子技术的电源装置给电能的利用带来了革命。

在电力电子调压电源中目前主要应用晶闸管相控调压，由于采用了各周期相控技术，其响应时间可以小于一个电网电压周期。但其输出电压和电流的谐波含量较高，需要较大容量的滤波环节，并且输人功率因数较低。从国内外的研究现状来看，交流斩波调压控制技术是一种新型高性能交流调压技术，本文在分析斩控式交流调压器输出电压谐波分析的基础上，利用自动控制原理设计了一种交流调压方案。

论文首先从理论方面(主要是谐波分析方面)详细阐述了斩波调压的理论原理，之后针对原理提出本设计使用的主电路方案及IGBT缓冲电路。使用 STC1ZC541OAD单片机作为核心控制器件，实现带电压、电流检测的非互补控制，并实现过压保护。利用数字PID实现交流调压器的环路控制。

试验证明斩波控制交流调压器具有易滤波，输入电流和输出电压、电流波形好，对电源谐波污染小等优点，比晶闸管相控调压器有更多的优越性。

关键词：斩控式交流调压;非互补控制；数字PID

摘要 ……………………………………………………………………………………………I

目次…………………………………………………………………………………….. ……Ⅲ

1 绪论 1

1.1 交流调压电源的发展动向 1

1.1.1 高电压、大容量的发展方向 1

1.1.2 智能化、数字化的发展方向 1

1.1.3抗干扰、净化电源的发展方向 1

1.1.4 应用新器件，新原理，发展新型电源 2

1.2 电力电子技术在交流调压领域中的应用 2

1.3 课题的研究目的和意义 2

2 主电路的控制原理与设计 2

2.1 电力电子类交流调压控制方法 2

2.2 斩控式交流调压器输出电压的谐波分析 3

2.2.1 频率成分分析 3

2.2.2 谐波成分的频率 4

2.2.3 谐波成分与占空比之间的关系 5

2.3 主电路的拓扑结构选择 7

2.3.1 单管双向电子开关斩控式交流调压电路 7

2.3.2 单管反串联双向电子开关斩控式调压电路 7

2.3.3 双开关斩控式交流调压电路 8

2.4 主电路方案 8

2.5 输出滤波电路设计 11

2.5.1滤波器拓扑结构及数学模型 12

2.6 IGBT的缓冲电路及参数设计 12

2.7电路仿真验证 14

3 控制电路设计 15

3.1 控制电路的构成及其工作原理 15

3.1.1 STCI2C5410AD单片机主要性能: 15

3.1.2单片机外围电路及其主要功能 16

3.2电压、电流通过零检测电路 18

3.2.1 LM311简介 18

3.2.2 电压过零检测电路 18

3.2.3 电流过零检测电路 20

3.3.2 IGBT驱动器件 23

4 单片机控制系统的调节原理和算法 25

4.1 数字控制算法 25

4.1.1 PID的控制规律 25

4.2 数字滤波技术 26

5 控制系统软件设计 27

5.1 模块的工作原理及其应用 27

5.1.1 定时/计数器 27

5.1.2 捕捉模式及在过零检测中的应用 28

5.1.3 可调制脉宽输出模式 29

5.2 定时器中断产生可调 30

5.3 AD转换程序实现 30

5.4 带电压、电流检测的非互补控制程序实现 31

6 实验结果及分析 33

6.1 电压检测信号波形 33

6.2 IGBT 栅极驱动波形 33

6.2.1 斩波控制IGBT的驱动信号 33

6.3 主回路在斩波输出波形 34

7 总结 37

参考文献 38

致谢 39

附录1 40

附录2 41