水下机器人小型化开关电源装置研究

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随着近几年电力电子行业的不断发展,经济社会对设备供电电源的科学研究、技术开发要求越来越高,要求电源转换效率高、功率密度大、可靠性强、供电电压稳定。特别是在极端环境下使用的大功率电源,需要长时间、满负荷稳定工作,电源中的器件持续处于高频状态下运行,有些器件甚至需要极性翻转工况下运行,对设计的稳定性和效率提出了更大的考验。因此,开展水下机器人供电电源研究设计具有学术意义和实用价值。本文在阅读国内外相关文献及大功率高频电源研究历程、产品特点的基础上,针对本文研究开发的水下机器人供电电源开展了总体结构设计、工作流程设计;根据其在深海环境下工作的特定要求确定了使用隔离型变换器拓扑结构以及开关器件调制方式使用PSM\PWM混合调制的控制方式,对变换电路各部分组成及主电路使用的变换方式进行论证,对输出稳定直流电压原理及控制方式进行论证,最后设计了适合本文要求的拓扑结构。针对水下机器人电源工作环境的特殊性,对电源的变换模块及控制模块进行设计,包括电源主变频电路、用于电压零点检测的过零检测电路、对电路中电流电压数值进行检测的采样电路、用于电压转换的高频变压器设计等,对电路设计过程及其中元器件的选取及设计进行详细阐述。接着进行了水下机器人电源控制系统的程序设计,以STM32单片机作为核心控制器,给出了电源控制系统各部分程序设计,包含主程序设计、PWM控制信号的产生程序设计、ADC采样程序设计和电源稳压及调制控制流程的设计。最后对水下机器人电源电路及程序设计进行仿真验证,部分进行了实物验证。通过进行实验验证,电路设计中各部分的输出波形及响应时间均能满足电源需求。
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