舰船航行数据监测系统直流电源的改进设计与实现

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舰船航行数据监测系统(VMS)是一套用于记录和处理舰船航行过程中重要信息参数的智能化监测系统。随着新型VMS的系统结构以及运行方式越来越复杂,对其直流电源的鲁棒性、可靠性和电磁兼容性有了更高的要求。为了满足新型VMS的供电需求,本文针对现役舰船VMS直流电源存在的问题,研究了全桥变换器的新型拓扑结构、数字化控制方法以及电磁兼容性等,设计了基于TM320F28335的移相全桥ZVS倍流整流变换器。首先,本文阐述了开关电源的发展历程,并介绍了全桥变换器和开关电源电磁兼容的国内外研究现状。其次,提出了直流电源的总体设计方案,选定隔离型全桥倍流整流变换器拓扑作为主电路结构;完成了主电路、驱动电路、采样隔离电路以及辅助电源等原理图设计,并利用Saber搭建主电路时域仿真模型验证了电路结构和参数的合理性。再次,深入研究基于TM320F28335的数字控制器软件设计,在CCS6.0开发平台上完成了ePWM配置、ADC中断服务子程序、数字滤波器以及模糊PID控制器等代码的编译与调试。然后,从电磁干扰的三要素出发,讨论了主电路传导干扰的耦合路径和基于阻抗特性的高频建模方法,并通过Saber对主电路高频模型的传导干扰频域特性进行仿真分析;同时,介绍了PCB的电磁辐射基本原理,并用Ansoft Designer对PCB中高频干扰引起的电磁兼容性问题进行了场仿真分析;最后,在EMC分析的基础上,完成PCB设计与具体的硬件制作;搭建实验平台对电源样机的性能进行测试,并整理了实验过程中遇到的典型问题以及采取的解决措施。实验结果表明,改进后的直流电源性能达到了预期设计的技术指标。在数字控制器软件设计中,基于TM320F28335设计的模糊PID控制器有效地提高了系统动态调节性能。在主电路传导干扰仿真中,分析了10kHz~10MHz频段内ZVS对共模干扰和差模干扰的抑制效果,为下一步改进EMC设计提供了参考依据。在设计阶段引入场仿真分析得到的PCB近场辐射能量分布有助于指导优化PCB布局走线,提高PCB的电磁兼容性。
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