新型直線(xiàn)電機運輸系統的開(kāi)關(guān)電源設計
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其中，D為開(kāi)關(guān)管Q1占空比600／1 500=0．4；R為等效負載電阻，取180 Ω；Ts為開(kāi)關(guān)周期，取1／15 000 。將以上數據代入公式(3)，得臨界電感值Ls=3．6 mH。由于系統輸入側存在短時(shí)掉電現象，再上電時(shí)就會(huì )在電感、電容上出現電流、電壓沖擊(見(jiàn)本文2．4小節)，因此這里在選擇電感L1的值時(shí)，要在基礎上乘以一個(gè)抑制沖擊系數，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，系統輸入側存在短時(shí)掉電-再上電現象，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。
對于本系統中使用的開(kāi)關(guān)器件，考慮到電壓等級和工作頻率的關(guān)系，最終選擇IGBT作為開(kāi)關(guān)器件。對于前級BUCK電路的IGBT，其額定電壓計算公式如下：
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，此處取1．3；K2是必要的電壓安全系數，一般取1．3～1．5，這里取1．5。計算得：
Un=1 500×1．3×1．5=2 925 V (9)
開(kāi)關(guān)電源滿(mǎn)載時(shí)，BUCK電路一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中電感電流，即Q1電流達到最大值為：
代入前文求出的L、D、Ts的值，得：Imax=4.8 A。因為要留有一定裕量應對沖擊電流，因此BUCK電路Q(chēng)1需要選擇3 300 V、20A等級的IGBT。
DC／DC變換電路IGBT額定電壓、額定電流的計算相對較簡(jiǎn)單，故在此不做贅述，只給出結論：Q2需要選擇1 200 V、15 A等級的IGBT。
2．2 控制系統設計
內蒙新型直線(xiàn)電機運輸系統采用數字控制系統，以TI公司的TMS320F28335型DSP芯片和ALTERA公司的Cyclone型FPGA芯片共同構成控制系統的核心。該控制系統主要包括6大模塊：主控模塊、A／D采樣與調理模塊、DI與DO模塊、LED顯示模塊、IGBT脈沖驅動(dòng)模塊以及通信模塊。系統整體結構如圖3所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/176766.htm
主控模塊包括DSP和FPGA兩部分，負責A／D轉換、DI／DO控制、PI控制、邏輯判斷、軟件保護、硬件保護、與上位機通信、發(fā)生IGBT控制脈沖、控制LED顯示特定信息等，是控制系統的核心：A／D采樣與調理模塊負責將主電路中傳感器輸出的小電流信號轉換成小電壓信號，再經(jīng)過(guò)濾波、限幅電路，接入DSP的A／D轉換接口，為控制系統提供系統當前工作狀態(tài)；DI與DO模塊可以實(shí)現I／O信號的輸出與檢測，主要用于繼電器控制和開(kāi)關(guān)狀態(tài)反饋；LED顯示模塊由7段顯示數碼管組成，可根據主控模塊指令顯示電源當前工作狀態(tài)和故障信息；IGBT脈沖驅動(dòng)模塊將IGBT控制脈沖進(jìn)行推挽放大，增大其驅動(dòng)功率，控制IGBT通斷。同時(shí)模塊內設有保護功能，對IGBT進(jìn)行過(guò)流、過(guò)溫保護；通信模塊負責與DSP共同完成同上位機之間的485／CAN通信。6大模塊分工協(xié)作，共同保證了控制系統的高效、穩定運作。
2．3 控制策略
文中所設計開(kāi)關(guān)電源采用兩級電壓閉環(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(guò)A／D調理，送入DSP芯片進(jìn)行A／D轉換，利用其強大的計算能力實(shí)現數字化PI調節，完成電壓閉環(huán)。DSP實(shí)時(shí)生成下一刻開(kāi)關(guān)管的占空比指令，FPGA負責發(fā)生IGBT控制脈沖。前級電壓閉環(huán)將DC1 500 V降至DC600 V，后級電壓閉環(huán)將DC600 V變至DC24 V，兩級閉環(huán)結構相同，互不影響。公式(11)～(16)所示為DSP芯片中PI調節模塊計算過(guò)程。
圖4所示為PI調節模塊的結構圖。
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