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基于DSP的高压电源的设计方案解析

消耗积分:1 | 格式:rar | 大小:0.3 MB | 2017-10-21

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 1 引言
  早期的高压直流电源通常采用220 V工频交流经变压器升压,整流滤波获得,电源的体积和重量很大,并且纹波较大,稳定性不高,效率低。目前的高压电源主要采用开关电源技术,PWM波的产生芯片主要用SG3525(集成PWM控制芯片)或者UC3875(移相谐振全桥软开关控制器)做成高频高压电源,大大减小了电源体积和重量,提高了电源的稳定性和效率。但SG3525功能单一、产生的PWM波形也没有DSP产生的PWM波形稳定性好,并不能实现与上位机通讯及智能调压等功能。此处设计以DSP为控制核心,DSP产生的死区可调的PWM波完全可代替SG3525或UC3875所产生的PWM波,还可实现电源输出调压和过压过流保护等功能。
  高压电源的重要特点就是快速可靠保护。例如过流保护、过压保护、击穿短路保护等,这里在新型直流高压电源研制上尝试应用新的技术手段,提出新的设计思路来解决这些问题。
  2 设计原理
  高压电源的总体框图如图1所示,电路主要分为主电路和控制保护电路两部分。
  基于DSP的高压电源的设计方案解析
  该系统的工作原理:先将市电220 V/50 Hz通过全桥整流滤波后,变成300 V左右直流电压,将其通过PWM的Buck变换得到0~300 V可调直流电压。然后直流电经过DC/AC逆变成高频电压,经过谐振电路和高频变压器后电压变为10 kV左右,再经倍压整流得到所需的电压。DSP系统为DC/DC提供电压输出幅值的给定信号,同时接收DC/DC环节来的反馈信号,并实时地做出反应,控制DC/DC环节输出电压的大小。对于DC/AC环节,DSP系统通过输出4路脉宽可调的PWM信号控制逆变环节4个IGBT的通断,并且接收反馈动作信号,控制4路PWM的脉宽来达到控制逆变环节输出电压的目的。DSP系统还可进行输出电压测量,并且提供一个良好的人机接口,实时地显示各个参数值,并提供操作控制。
  3 硬件设计
  3.1 高压电源主电路
  高压电源主电路见图2,主要由整流滤波、直流Buck变换和高频逆变3部分组成。工频二相交流电经整流桥滤波得到低压直流电,通过直流Buck变换。使DC/DC变换输出的电压控制在0~300 V左右,然后经相控谐振逆变电路,通过对前后桥臂的相位控制,实现对电压的变频和调压,再经高频变压器和8倍压整流电路得到直流高压。该设计采用将高频变压器接在倍压电路中间,组成正负双向倍压整流的方式,并使正负两端一端接地,另一端输出高压,能够大大减小电压纹波。
  基于DSP的高压电源的设计方案解析
  正负双向十倍压整流电路的基本原理为:在ui的正半周时,C9通过VD9被iVD9充电到ui的峰值;在ui的负半周时,ui的峰值加上C9对C10充电,通过VD10被电流iVD10充电,C10的电压达到2ui,同时ui通过VD1向C1充电;当ui再次为正半周时,C11通过VD11被电流iVD11充电到两倍的ui峰值,同时ui的峰值加上C1的电压对C2充电,通过VD2被电流iVD2充电,C2电压达到2ui。如此正负反复下去,充电的最终结果是C2~C8两端电压几乎达到2ui,极性为左负右正;C10~C16两端电压也达到2ui,极性为左正右负。该设计将C16右端接地,将C7右端做为高压输出端,输出电压为正负倍压的绝对值之和,得到80 kV高压。而脉动系数为其矢量之和,正负脉动值相互抵消因而系统输出纹波很小。

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