三相电压型SPWM逆变器设计.doc

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1、三相电压型SPWM逆变器设计摘要:本次设计采用EasyARM1138开发板，设计了一个基于新型32位微控制器LM3S1138的可调频率中频逆变电源，即克服了传统模拟逆变器电路复杂、灵活性差、系统不稳定等缺点，又兼具普通单片机控制系统的低成本和DSP控制系统的高性能等优点，有效解决了特种电源设计中存在的成本和性能矛盾问题，同时也可应用于对电源频率有不同要求的场合。本设计进行了硬件电路的模块划分、微控制器引脚资源的分配、具体单元电路的设计等。硬件电路由五大模块即控制器模块、功率器件驱动模块、逆变模块、保护模块和显示模

2、块构成，其中控制器模块由EasyARM1138开发板构成，完成SPWM脉宽调制信号产生、LCD显示信号的输出及A/D转换等工作；驱动模块由两片IR2110及外围电路组成，完成SPWM信号的隔离放大并驱动功率开关管；逆变模块由四片绝缘栅双极晶体管组成的全桥电路和LC低通滤波器构成，在SPWM信号的控制下完成外部直流电压向纯正弦波电压的转换；保护模块由LM393及外围电路构成，实现正弦波输出信号的过压和过流保护；显示模块由LCD12864及辅助电路组成，实现相关数据的显示输出。关键词:LM3S1138SPWM逆变器m

3、atlab目录1设计内容31.1设计目的及意义31.2设计步骤31.3内容要求32设计方案42.1方案选择42.2方案论证42.3设计重点难点43系统的硬件设计53.1整体方案设计53.2主电路63.3抗干扰电路73.4驱动电路73.5逆变电路84软件设计94.1编程思路94.2流程图115仿真136心得体会16附录181程序清单182原理图241设计内容1.1设计目的及意义（1）训练学生正确地应用运动控制系统，培养解决工业控制、工业检测等领域具体问题的能力；（2）通过课程设计，熟悉运动控制系统应用系统开发、研制

4、的过程，软、硬件设计的工作方法、工作内容、工作步骤；（3）对学生进行基本技能训练，例如组成系统、编程、调试、绘图等，使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。1.2设计步骤（1）设计方案的选择及论证；（2）设计电路的整体框架；（3）系统软件及硬件的设计；（4）对系统进行仿真并分析；1.3内容要求（1）画出控制电路和主电路原理图；（2）画出程序流程图；（3）写课程设计论文，附有原理图、流程图、程序清单，内容要正确，概念要清楚，文字要通顺。2设计方案2．1方案选择本设计选用EsayARM1138开发

5、板，以LM3S1138为控制核心，辅以扩展的键盘及显示电路和SPWM逆变电路组成完整的系统。根据采样控制理论，由LM3S1138输出一系列周期性变化的等幅不等宽脉冲，控制IGBT功率开关管的导通和截止，使逆变器输出端获得一系列宽度不等的矩形脉冲波。输出的信号经低通滤波器滤波后，即可得到所需要的正弦波。改变调制脉冲的宽度可以控制输出电压的幅值，改变调制周期可以控制输出电压的频率，从而达到使逆变器的输出电压和幅值同时可调的目的。2.2方案论证在逆变器电路的设计中，控制方法是核心技术。早期的控制方法使得输出为矩形波，谐

6、波含量较高，滤波困难，而SPWM技术较好地克服了这些缺点。本设计室基于单片机来实现SPWM，此方法控制电路简单可靠，利用软件产生SPWM波，减轻了对硬件的要求，且成本低，受外界干扰小。2.3设计重点难点完成本方案设计的重点和难点有以下几点：①LM3S1138的GPIO口分配和驱动函数的调用②LCD显示模块的驱动和相关数据的显示③不同幅值、不同频率信号的正弦脉宽数据表的设计3系统的硬件设计3.1整体方案设计本系统由电源模块、控制模块、逆变模块、键盘和显示模块、输出及保护电路等5大部分组成，设计系统的总体结构框图如图

7、3.1所示。全桥逆变低通滤波LM3S1138最小系统驱动输出电压采样正弦波输出LCD显示键盘直流供电图3.1系统总体结构框图电源模块：根据实验室现有的条件，本系统的电源由两台稳压电源提供3路直流电压。控制模块：由EasyARM1138开发板构成，运行系统程序并通过扩展GPIO口控制自主设计的各子模块工作。逆变模块：由2片驱动芯片IR2110、4只IGBT管FGA25N120AN和LC低通滤波器及外围辅助电路构成，完成DC/AC的逆变、电压变换并得到需要的正弦波电压输出。键盘和显示模块：由3个按键开关和1个可显示4

8、行、16列字符的LCD显示器12864构成。输出和保护电路模块：由1个2A保险丝、4个并在IGBT管集射极两端的反向偏置二极管和LM393及辅助电路组成的比较电路构成。完成系统的过流、过压及IGBT管的瞬间过流保护工作。3．2主电路图3.2是SPWM逆变器的主电路，图中Vl—V6是逆变器的六个功率开关器件，各由一个续流二极管反并联，整个逆变器由恒值直流电压U供电。一组三相