电源是为电子系统提供能量的心脏,中频电源和常用的工频电源相比具有体积小、效率高等优点,因此被广泛应用在各种机载设备、船舶、雷达、导航、通信、工业用电子加速器等对电源体积、重量和效率要求较高的特殊领域。论文针对空心变压器型高压中能电子加速器系统的产品升级以及国产化的产业需求,开展了一种应用于该类中能电子加速器的电压及频率可调的静止式中频电源的初步探索。论文首先在分析了静止式中频电源原理的基础上,提出了要设计的电压及频率可调的静止式中频电源的方案。选用DSP芯片TMS320F28335作为中频电源的处理及计算中枢;采用功率开关器件IGBT器件构成的全桥逆变电路,其控制方式采用双极性SPWM信号控制,以得到200~600Hz频率可调的中频正弦波交流电输出,SPWM信号的脉宽数据采用对称规则采样法获得。全桥逆变电路之后采用LC滤波电路以滤除其中的高频信号,从而获得所需频率的工频交流电。采用一种PWM控制的可控整流电路为逆变电路提供可调节的母线电压,以便中频电源的电压调整和电压稳定控制。同时根据空芯变压器型中能电子加速器对高压加速电场的稳定性要求,选用两路PI控制以提高输出电压的稳定性。一路PI控制器采样逆变电路上的母线电压,以控制电网及中频电源本身带来的电压波动;另外一路对中能电子加速器主机内产生的高压进行采样并实施PI控制,微调SPWM控制信号中的参数M来控制逆变电路的交流输出电压幅度,其目的是控制加速器主机内由于束流波动、打火或高压形成电路等因素造成的电压变化。针对不同的波动因素,采用两套不同的PI控制器,以提高电子加速器高压电场的稳定性,同时也有利于PI参数的寻找,方便电路的调试和控制。还对方案采用Simulink软件进行了功能性仿真验证,证明了其可行性。然后,完成了中频电源的具体电路设计。中频电源内部包括DSP处理器及其周边辅助电路、IGBT全桥逆变电路、IGBT驱动电路、LC滤波电路、PWM可控整流电路、母线电压采样电路、负载电压采样电路,以及各种直流工作电源提供电路,光耦隔离和DC/DC电源隔离电路等。之后,完成了中频电源的DSP处理器的程序开发,包括主程序、ePWM模块产生SPWM控制信号程序、AD采样及中断程序、双PI调节程序、调频调压程序等程序的开发和调试。最后,对中频电源的主要性能进行了测量和结果分析:一、测量了DSP处理器产生的不同输出频率时的SPWM控制信号,验证了SPWM信号产生算法及程序,也验证了系统可以实现200~600Hz范围内的输出信号的频率调节;二、测量了在输出电压为115V时的不同频率的输出交流电波形,包括IGBT全桥逆变电路输出的双极性SPWM输出信号以及经过滤波后的正弦交流电,测量结果验证了设计的全桥IGBT逆变电路及其IGBT驱动电路、LC滤波电路,实现了输出交流电频率在200~600Hz范围内的调节功能。测量结果也表明,实际的输出交流电的频率与设定值之间的最大偏差只有0.079%;三、测量了在输出交流电频率为400Hz时的不同输出电压幅度的交流电信号,验证了电源的输出电压幅度的调节功能。测量结果表明,电源在空载和带载时,实际的输出电压值与设定值之间的偏差分别为0.29%和1.76%。论文工作的主要创新有两点:一、针对不同的电压波动来源,采用两路PI控制以提高中频电源输出电压以及最终电子加速器内高压电场的稳定性,同时也有利于PI参数的寻找,方便电路的调试和控制;二、设计的中频电源具有输出交流电电压和频率可调功能,输出电压可调使电子加速器的输出能量在一定范围内可调,也满足电子加速器的开机使用要求;输出交流电频率可调方便了不同型号的空芯变压器型中能电子加速器的空芯变压器设计,同时也可使电子加速器工作在Q值较高的频点,有利于提高加速器的电转换效率,降低系统散热负担和运行能耗,提高产品可靠性和性价比等性能。