新型直線電機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的開關(guān)電源設(shè)計(jì)
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其中，D為開關(guān)管Q1占空比600／1 500=0．4；R為等效負(fù)載電阻，取180 Ω；Ts為開關(guān)周期，取1／15 000 。將以上數(shù)據(jù)代入公式(3)，得臨界電感值Ls=3．6 mH。由于系統(tǒng)輸入側(cè)存在短時(shí)掉電現(xiàn)象，再上電時(shí)就會(huì)在電感、電容上出現(xiàn)電流、電壓沖擊(見本文2．4小節(jié))，因此這里在選擇電感L1的值時(shí)，要在基礎(chǔ)上乘以一個(gè)抑制沖擊系數(shù)，取1．4，得到：
其中，Uo為輸出電壓，取600V；L為電感L1的值，取5mH；△U，為輸出紋波電壓，這里取1％，即600x0．001=0．6 V。代入公式(5)得電容C1值為：
又如前所述，系統(tǒng)輸入側(cè)存在短時(shí)掉電-再上電現(xiàn)象，為了限制沖擊電流大小，必須使電容在掉電期間的壓降盡可能小，故設(shè)定經(jīng)10 ms掉電后，電容電壓下降至580V。
上式中，Uc為電容電壓，取580 V；U為電容初始電壓，取600 V；τ=RC，R=180 Ω；t為掉電時(shí)間，取10 ms。代入公式(7)，得，C=1 639 μF，取C=1 700μF。
對于本系統(tǒng)中使用的開關(guān)器件，考慮到電壓等級(jí)和工作頻率的關(guān)系，最終選擇IGBT作為開關(guān)器件。對于前級(jí)BUCK電路的IGBT，其額定電壓計(jì)算公式如下：
Un=Uin×K1×K2 (8)
其中，Uin是輸入額定電壓，取1 500 V；K1是網(wǎng)壓波動(dòng)系數(shù)，此處取1．3；K2是必要的電壓安全系數(shù)，一般取1．3～1．5，這里取1．5。計(jì)算得：
Un=1 500×1．3×1．5=2 925 V (9)
開關(guān)電源滿載時(shí)，BUCK電路一個(gè)開關(guān)周期中電感電流，即Q1電流達(dá)到最大值為：
代入前文求出的L、D、Ts的值，得：Imax=4.8 A。因?yàn)橐粲幸欢ㄔＡ繎?yīng)對沖擊電流，因此BUCK電路Q1需要選擇3 300 V、20A等級(jí)的IGBT。
DC／DC變換電路IGBT額定電壓、額定電流的計(jì)算相對較簡單，故在此不做贅述，只給出結(jié)論：Q2需要選擇1 200 V、15 A等級(jí)的IGBT。
2．2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
內(nèi)蒙新型直線電機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)采用數(shù)字控制系統(tǒng)，以TI公司的TMS320F28335型DSP芯片和ALTERA公司的Cyclone型FPGA芯片共同構(gòu)成控制系統(tǒng)的核心。該控制系統(tǒng)主要包括6大模塊：主控模塊、A／D采樣與調(diào)理模塊、DI與DO模塊、LED顯示模塊、IGBT脈沖驅(qū)動(dòng)模塊以及通信模塊。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/176766.htm
主控模塊包括DSP和FPGA兩部分，負(fù)責(zé)A／D轉(zhuǎn)換、DI／DO控制、PI控制、邏輯判斷、軟件保護(hù)、硬件保護(hù)、與上位機(jī)通信、發(fā)生IGBT控制脈沖、控制LED顯示特定信息等，是控制系統(tǒng)的核心：A／D采樣與調(diào)理模塊負(fù)責(zé)將主電路中傳感器輸出的小電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成小電壓信號(hào)，再經(jīng)過濾波、限幅電路，接入DSP的A／D轉(zhuǎn)換接口，為控制系統(tǒng)提供系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)；DI與DO模塊可以實(shí)現(xiàn)I／O信號(hào)的輸出與檢測，主要用于繼電器控制和開關(guān)狀態(tài)反饋；LED顯示模塊由7段顯示數(shù)碼管組成，可根據(jù)主控模塊指令顯示電源當(dāng)前工作狀態(tài)和故障信息；IGBT脈沖驅(qū)動(dòng)模塊將IGBT控制脈沖進(jìn)行推挽放大，增大其驅(qū)動(dòng)功率，控制IGBT通斷。同時(shí)模塊內(nèi)設(shè)有保護(hù)功能，對IGBT進(jìn)行過流、過溫保護(hù)；通信模塊負(fù)責(zé)與DSP共同完成同上位機(jī)之間的485／CAN通信。6大模塊分工協(xié)作，共同保證了控制系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)作。
2．3 控制策略
文中所設(shè)計(jì)開關(guān)電源采用兩級(jí)電壓閉環(huán)控制模式。由主電路中的電壓傳感器檢測電壓反饋值，經(jīng)過A／D調(diào)理，送入DSP芯片進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，利用其強(qiáng)大的計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)數(shù)字化PI調(diào)節(jié)，完成電壓閉環(huán)。DSP實(shí)時(shí)生成下一刻開關(guān)管的占空比指令，F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)發(fā)生IGBT控制脈沖。前級(jí)電壓閉環(huán)將DC1 500 V降至DC600 V，后級(jí)電壓閉環(huán)將DC600 V變至DC24 V，兩級(jí)閉環(huán)結(jié)構(gòu)相同，互不影響。公式(11)～(16)所示為DSP芯片中PI調(diào)節(jié)模塊計(jì)算過程。
圖4所示為PI調(diào)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)圖。
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