低温等离子体高压驱动电源控制器设计开题报告

2.1本课题主要研究内容

本设计是基于PWM技术的高压高频电源，其系统主电路主要由滤波整流电路，脉冲生成电路和控制电路组成。系统主电路采用交—直—交电压型大功率全控型电力电子器件绝缘门级双极性晶体管(IGBT)桥式逆变电路。控制电路采用脉宽调制(PWM)技术和单片机(AT89C51)控制技术。

1：设计原理图，完成采集器软件功能需求分析。

2：详细设计存储、采集、传输功能模块，并给出时序仿真图。

3：搭建实验环境，测试仿真功能模块和算法验证。

2.2预期目标

1. 完成大体的电源电路设计

2. 完成PWM单片机控制

3. 对高频高压脉冲电源进行计算机仿真

4. 完成最终的硬件调试

3.1本课题拟采用的研究方法

本设计采用220v交流输入，经整流成直流后，通过全桥逆变为交流，最后通过电感滤波、高频变压器升压来实现输出为高频高压的正弦波。输出电压的大小和频率通过单片机AT89C51控制IGBT的关断来实现。主电路结构图如下：

3.2步骤

1.电路设计

1.1整流滤波电路

主电路采用单相不可控整流，电网提供的交流电一般为220V或380V，而各种电子设备需要的电压是幅值不同的直流电压，因此，要对电网电压进行处理。在本设计中，首先对电网进行整流滤波处理。整流滤波电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压，为处理成为理想的直流电压做一基础性的工作。本设计中应用的整流滤波电路为桥式整流电路，整流电路由四只整流二极管组成，接成电桥形式。其工作原理如下:

1.2逆变电路

下图是根据理想开关原理表示的单相电压型逆变器主电路的构成。直流电源电压E如图中极性是一定的。其中开关从Sl到S4中，首先设Sl和S4导通，S2和S3关断。这时负载电阻R上施加的电压Vr如图所示方向为＋E。然后转换开关设S1和S4关断，S2和S3导通。于是，施加在电阻R上的电压极性改变，成为－E。由于这样反复地转换， E和－E交替出现，在电阻R上:施加了交流电压。这就是从直流转换交流的原理。电源是直流电压源，从负载看，逆变器似乎是单相交流的电压源，所以称为单相电压型逆变器。根据在等间隔1秒间切换多少次决定了输出交流的频率。

1.3输出电路

输出电路由滤波电感、变压器以及负载组成。可变直流电压经DC/AC全桥逆变电路得到方波输出，该方波经LC滤波后可得到正弦波输出。滤波电感由外加电感和变压器自身漏感组成，滤波电容由变压器自身杂散电容和负载木身的电容构成。变压器是逆变电源的重要组成部分，它对逆变器的效率和工作可靠性以及输出电气性能起着非常重要的作用，因此逆变变压器的设计非常重要。铁芯电抗器是交、直流输出LC 滤波器的主要器件，它的合理设计对逆变器的工作过程和输出电压、电流纹波都有重要影响。

2.PWM单片机控制

基于AT89C51单片机的PWM软件实现的重要硬件支撑是该单片内部的定时器。在AT89C51内实现 PWM 的基本过程:首先选定脉冲的频率T,然后根据控制信号的变化范围，这里假设是(0~V),则可以求出t时刻通过控制信号V(t)的对应脉冲的正、负脉冲持续时间。这两个时间长度在单片机里是通过给定时器赋相应的初值而得,即定时器获得这样的定时初值后就在机器周期的同步下,从这个初值加1计数,定时器满时则产生相应时间长度的溢出中断,再利用这个中断所响应的服务程序去控制单片机某一引脚相应的正、负电平极性的持续时间。

系统硬件框图

3.电源仿真

计算机仿真常用的电路仿真软件有:PSPICE、Multisim、Proteus等软件，所有仿真软件可以分为两类:一类侧重于电路的仿真如 PSPICE、Multisim。另一个类就是侧重于信号的分析，由于高频高压脉冲电源系统的由主电路和控制系统两部分构成，所以本课题采用两种软件对高频高压脉冲电源进行仿真。主电路采用Multisim仿真软件，进行电路的仿真;控制系统部分采用proteus仿真软件进行控制信号的仿真。

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