三相电压型SPWM逆变器设计.doc

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: LM3S1138 SPWM 逆变器 matlab
目录
1 设计内容 3
设计目的及意义 3
设计步骤 3
内容要求 3
2 设计方案 4
方案选择 4
方案论证 4
设计重点难点 4
3 系统的硬件设计 5
整体方案设计 5
主电路 6
抗干扰电路 7
驱动电路 7
逆变电路 8
4软件设计 9
编程思路 9
流程图 11
5 仿真 13
6心得体会 16
附录 18
1 程序清单 18
2 原理图 24
1 设计内容
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。
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;
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
方案选择
本设计选用EsayARM1138开发板,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。

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。
设计重点难点
完成本方案设计的重点和难点有以下几点:
① LM3S1138的GPIO口分配和驱动函数的调用
② LCD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

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,。
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


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