基于dsp的电源数字控制研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要微电子集成技术的发展为电力电子控制技术提供了新的思路，由六十年代的分立元件发展到后来的集成电路、大规模集成电路、微处理器等，为功率变换的控制带来了极大的方便。由此产生的数字控制方法因其可重复性强、耐用性强、适应性强等优点，越来越受到人们的重视。本文采用数字信号处理器DSP建立数字控制平台，将开关电源的控制数字化，取得了良好的控制效果。本文的主体由三个部分组成，分别在第二、三、四章进行阐述。第二章介绍了DSP芯片的产生发展，对不同生产厂家生产的DSP芯片性能做了详细的介绍。本文主要使用了两种DSP芯片，分别为Motorola公司的DSP56F83

2、23和TI公司的TMS320LF2407A。第二章在介绍过芯片性能之后，又分别就两种芯片的外围电路设计做了详细的介绍。最后对两种芯片的性能做了分析对比。第三章主要介绍单相功率因数校正的数字控制方法。首先简单总结了谐波污染对电网的危害，指出了功率因数校正的必要性，并且介绍了目前常用的功率因数校正控制方法。其次对单相功率因数校正功率电路中的主要元器件参数进行了设计和选择。最后建立了单相BoostPFC电路的数学模型，介绍了数字调节器的设计方法，并进行了仿真和实验验证。第四章主要介绍三电平逆变器的数字控制方法。首先，分析介绍了空间矢量控制在三相三电平逆变器控制中的应用，采用了一种简

3、单的空间矢量算法，简化了实时计算。然后分析了不同空间矢量对直流电容电压的影响，提出了一种直流侧电容电压平衡的方法。最后对提出的算法进行了仿真验证。第一章为绪论，主要介绍了电力电子技术，电源控制技术，以及数字控制技术的发展情况，介绍了课题的研究背景和研究目的。第五章为全文小结，总结了整个课题的研究内容，并提出课题的沿继研究工作设想。关键词：数字控制，数字信号处理器，功率因数校正，三电平逆变器，空间矢量控制南京航空航天大学硕士学位论文目录第一章绪论11.1电力电子技术概述11.2数字信号处理概述21.3课题背景和研究目的21.4本文研究的主要内容3第二章数字控制器的原理及硬件构成

4、52.1引言52.2DSP芯片的概述52.3DSP56F8323芯片及其外围电路设计72.3.1DSP56F8323芯片介绍72.3.2DSP56F8323外围电路设计92.3.2.1供电电路92.3.2.2BDM调试工具102.3.2.3复位电路112.3.2.4串口电路112.4TMS320LF2407A芯片及其外围电路设计112.4.1TMS320LF2407A芯片介绍112.4.2TMS320LF2407A外围电路设计132.4.2.1供电电路142.4.2.2时钟电路142.4.2.3存储器接口电路152.5本章小结15第三章数字功率因数校正193.1引言193.2

5、功率因数和功率因数校正（PFC）203.3BoostPFC电路的控制方法213.4数字PFC硬件电路设计233.4.1PFC主功率电路的拓朴结构233.4.2主功率电路元件参数设计与选择243.4.2.1设计要求243.4.2.2升压电感设计243.4.2.3输出电容选择2565南京航空航天大学硕士学位论文3.4.2.4功率管开关管和二极管的选择253.4.3数字控制器硬件资源分配263.5BoostPFC数字控制器设计273.5.1电压环设计283.5.1.1设计目标283.5.1.2电压环功率级的数学模型293.5.1.3电压环数学模型的离散化313.5.2前馈电压Vff

6、的计算323.5.3电流环设计343.5.3.1电流环功率级数学模型353.5.3.2电流环数学模型的离散化353.5.4数字PI调节器363.5.5软件方案设计393.6仿真与实验413.6.1MATLAB仿真413.6.2系统实验433.7本章小结46第四章三电平逆变器的数字控制474.1引言474.2空间矢量三电平逆变器的控制方法484.2.1三电平逆变器的工作模式484.2.2空间矢量调制524.3直流侧电压平衡564.4硬件设计594.4.1逆变桥主电路设计594.4.2箝位二极管的选择604.4.3输出滤波器设计604.4.4功率模块驱动隔离电路614.5仿真及试

7、验结果614.6本章小结63第五章结束语655.1全文小结655.2进一步工作展望65参考文献67攻读硕士期间发表的论文70致谢7165南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1.1电力电子技术概述[1],[2],[3]电力电子技术（PowerElectronics）是二十一世纪重要的关键技术之一。美国电气和电子工程师协会（IEEE）对电力电子技术的阐述是：“有效地使用电力半导体器件，应用电路和设计理论以及分析开发工具，实现对电能的高效能变换和控制的一门技术，它包括电压、电流、频率和波形等方面的变换。”[