基于DDFS的SPWM电路的研究与开发
SPWM原理以及具体实现方法
SPWMSPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值.定义我们先说说什么叫PWMPWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。
广泛地用于电动机调速和阀门控制，比如我们现在的电动车电机调速就是使用这种方式。
所谓SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。
它广泛地用于直流交流逆变器等，比如高级一些的UPS就是一个例子。
三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。
该方法的实现有以下几种方案。
1.3.1等面积法该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点.1.3.2硬件调制法硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。
通常采用等腰三角波作为载波，当调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。
基于DSP的三相变频SPWM波形算法研究
ｊ Ｉ Ａ Ｒ ｕｉ １ ｉ ａ ｎ ｇ Ｚ Ｈ Ａ ０ Ｃ ｏ ｎ ｇ Ｆ Ａ Ｎ Ｐ ｅ ｎ ｇ ｔ ａ ｏ
图２
］ ！ 翌 ｌ 。 号
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计数模式 ） 时， 可 产生图中
的虚拟等腰三角形波。 对应于每一次Ｐ Ｗ Ｍ 中断， 更新ｔ １ 。
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图Ｉ
３ Ｔ ＭＳ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ ０ ３ ５ 及Ｅ Ｐ ＷＭ模 块
Ｔ Ｍ Ｓ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ ０ ３ ５ 是Ｔ Ｉ 新推 出的Ｐ ｉ ｃ ｃ ｏ ｌ ｏ 系￣ ］ Ｉ Ｄ Ｓ Ｐ 之一， 它具有 很 高的性价 比和 出色 的Ｄ Ｓ Ｐ 控制性 能。 单 电源供 电， 主频适 中 （ ６ ０ Ｍ Ｈ Ｚ ） ， 附带一 个浮点运 算核 ， 价 格便 宜。同样具 有增强 型
一
产 生Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 正弦波 的基本方法 是用一组 虚拟 的三 角形 波与 个正弦波 进行 比较 （ 斩波 ） 。 现在 应用较 多的是利用虚拟 的
如图２ 所示。 其 相交的时 制， 采 用Ｄ Ｓ Ｐ 高效运算 能力产生Ｐ Ｗ Ｍ 波， 控制灵活， 修 改方便 ， 系 等腰三角形波与一个正弦波进行 比较 ， 刻（ 即交点） 来作为开关管 “ 开 ” 或 “ 关 ”的时刻。 统控制可靠性 高， 性 能很好。
电， 并应用于伺服控 制 系统中 ， 该算法简洁高效， 实用性 强， 能够很 容 易 应用于工程 实践中 。
关键 词： 变频； Ｔ Ｍ Ｓ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ ０ ３ ５ ； Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ ； 逆 变电路
SPWM技术的研究
SPWM技术的研究
0 引言
SPWM 技术目前已经在实际中得到非常普遍的应用[1]。
经过长期的发展，大致可分成电压SPWM，电流SPWM 和磁通SPWM，其中电压和电流SPWM 是从电源角度出发的SPWM，而电压空间矢量PWM 则是从电动机角度出发的SPWM[2]。
本文将介绍单相采样型电压SPWM 波的生成和三相采样型电压SPWM 波的生成方法。
1 单相SPWM 波的生成
对称规则采样的数学模型非常简单，但是由于每个载波周期只采样一次，因
此所形成的阶梯波与正弦的逼近程度仍存在较大的误差[3]。
如果既在三角波的
顶点对称轴位置采样，又在三角波的底点对称轴位置采样，也就是每个载波周
期采样两次，这样所形成的阶梯波与正弦波的逼近程度会大大提高。
不对称规
则采样法生成的SPWM 波如图1 所示。
称其为不对称规则采样法。
由图1 可得，当在三角波的顶点对称轴位置t1 时刻采样时，则有
当在三角波的底点对称轴位置t2 时刻采样时，则有
将三角形相似关系式(3)代入式(1)和式(2)，得
不对称规则采样法的数学模型尽管略微复杂一些，但由于阶梯波更接近于正
弦波，所以谐波分量的幅值更小，在实际中得到更多的使用[4]。
以上是单相SPWM 波生成的数学模型。
2 三相SPWM 波的生成
如要生成三相SPWM 波，必须使用三条正弦波和同一条三角波求交点。
三
条正弦波相位差是2 仔/3，即
3 结语。
SPWM 工作原理及建模
第 3 页 共 48 页
陕西理工学院毕业设计
拍控制效果取决于模型估计的准确程度 ， 实际上无法对电路模型做出非常精确的估计， 而且 系统模型随负载不同而变化，系统鲁棒性不强 ;其次，无差拍控制极快的动态响应即是其优 势，又导致了其不足 ，为了在一个采样周期内消除误差控制器瞬态调节量较大 ，一旦系统模 型不准，很容易使系统输出振荡，不利于逆变器的稳定运行。 (5) 重复控制 重复控制的基本思想源于控制理论中的内模原理， 内模原理是把作用于系统的外部信号 的动力学模型植入控制器以构成高精度的反馈控制系统 。 由内模原理可知， 除非针对每一种 指令或扰动信号均设置一个正弦函数内模 ，否则无法实现无静差，重复控制利用“重复信号 发生器”内模巧妙地解决了这一问题。重复控制采用数字方式实现。逆变器重复控制的目的 是为了克服死区、 非线性负载引起的输出波形周期性畸变。 其基本思想是假定前一基波周期 中出现的畸变将在下一基波周期的同一时间重复出现， 控制器根据每个开关周期给定与反馈 信号的误差来确定所需的校正信号 ， 然后在下一基波周期同一时间将此信号叠加在原控制信 号上，以消除以后各周期中将出现的重复性畸变。重复控制能使逆变器获得低 THD 的稳态 输出波形。但其主要弱点是动态性能差 ，干扰出现后的一个参考周期内 ，系统对干扰不产生 任何调节作用， 这一周期系统近乎处于开环控制状态 ， 消除干扰对输出的影响至少要一个参 考周期。此提出了自适应重复控制 、伺服控制器和重复控制器组成的复合控制 、状态反馈控 制与重复控制组成的双环控制等多种方案改善系统的动态特性。 (6) 滑模变结构控制 滑模变结构控制最大的优势是对参数变动和外部扰动不敏感，系统的鲁棒性特别强 。 早 期逆变器采用模拟控制实现滑模变结构控制，存在电路复杂、控制功能有限的弱点 。基于微 处理器的滑模变结构控制完全不同于常规的连续滑模控制理论，需要离散滑模控制技术 ， 有 些文献引入前馈改善离散滑模控制的稳态性能，有些通过自矫正措施改善负载扰动的影响 。 但是滑模控制存在理想滑模切换面难以选取 、 控制效果受采样率的影响等弱点 ， 它还存在高 频抖动现象且设计中需知道系统不确定性参数和扰动的界限，抖动使系统无法精确定位 ， 测 定系统不确定参数和扰动的界限则影响了系统鲁棒性进一步发挥。 1.3 变频电源技术研究的发展趋势 在电力电子技术的应用及各种电源系统中，变频电源技术均处于核心地位。近年来，现 代变频电源技术发展主要表现出以下几种趋势： (1) 高频化 提高变频电源的开关频率，可以有效地减小装置的体积和重量，为了进一步减小装置的 体积和重量，去掉笨重的工频隔离变压器，采用高频隔离，并可消除变压器和电感的音频噪 声，同时改善了输出电压的动态响应能力。 (2) 高性能化 高性能主要指输出电压特性的高性能， 它主要体现在以下几个方面 :稳压性能好， 空载及
SPWM控制电路设计的实现
Ｃ ｎ ｃ ｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｒ ｖｉ ｗ ｈｉ ａ ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｅ
—■ｌ
Ｓ ＷＭ控制 电路设计的实现 Ｐ
崔用 民
（ 州交 通大学 电子 与信 息工 程学 院） 兰 中图分类 号 ：Ｎ ８ ．２ Ｔ３ ３ ０ 文献 标识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ９９ ４ （００ ２ — １９Ｏ １０ — １Ｘ２ １） ６０ ０ 一１
ＳＷ Ｐ Ｍ波 的产 生 比较 常用的 方式 是模 拟 电路 和数 字 电路 。模拟 电路 是用 振荡器产 生 正旋波 和三角 波， 通过 比较器 给 出信号， 来控 制逆 变 电路 中上 下开 关元件 的导通 与 关断 。以三 角形 载波和 调制 波 比较产 生 Ｓ Ｗ Ｐ Ｍ的方法 比较 简 单， 但用模拟 电路实现 总存 在控制 精度低 、易 受温度 漂移 和干扰 影 响等缺 点， 因此用 得 比较 少 数 字 ＳＷ 技 术可 以有 效克服 这些 缺 点， 字 电路是 是通过 ＰＭ 数 微处 理器， 借助 于编 程手段， 通过实 时控制或 数据 存储查表 法， 输出需要 的ＳＷ ＰＭ 波 形。随着 脉 宽调制 技术 的广泛应 用 以及大 规 模集 成 电路 的发展 ， 已有专用 的集成芯 片产 生， Ｈ Ｆ ７ ２ Ｌ ４ ２ 、Ｍ ８ ８ 。下 面将 围绕着 数 字 电 如 Ｅ ４ ５ 、Ｓ Ｅ ５ ０ Ａ ｌ 等 路 生成 法 进 行 方 案 的提 出、 比较 论 证 和 选取 工 作 。 １方案 的 提 出 方案 １ 采用 集成 芯片 Ｓ ４ ２ Ａ ８ ８与单片 机相 连接 控制 Ｓ Ｗ Ｐ Ｍ脉冲 的输 出 。 Ｓ４２ Ａ ８ ８是通过 ８ 地址 数据 复用 总线 与单 片机 相连 。Ｓ Ｗ 脉 冲 的各种 位 ＰＭ 必须参 数都 是通过 这条 总线传 始化 寄存 器用于 设 定与逆 变器有 关 的一些 基本 参数 ， 这些 参数 在 Ｐ Ｍ输 出端 允许输 出前初 始化 ， 变 器工 作 以后不 允许 改 Ｗ 逆 变 。控 制器 在工作 过程 中控 制 输出脉 宽 调制 波 的状态 ， 而进 一步控 制 逆变 从
基于单片机的SPWM逆变电源设计
06 结论与展望
研究成果总结
成功实现了基于单片机的SPWM逆变电源设计， 具有高效率、高稳定性、低成本等优点。
采用了先进的控制算法，实现了对输出电压和电 流的精确控制，提高了电源的性能。
实验结果表明，该设计在各种负载条件下均能保 持稳定的输出，满足实际应用需求。
未来研究方向与展望
进一步优化控制算法，提高电源的动态响应和稳定性。
选择一款具有高速处理能力和丰富外 设接口的单片机，如STM32F103系 列。
硬件配置
根据设计需求，配置单片机所需的件设计
电源电路
设计电源电路，为单片机和其他电路提供稳定的 电源。
驱动电路
设计驱动电路，用于驱动逆变器开关管。
采样电路
设计采样电路，用于采集逆变器输出电压和电流 等信号。
单片机技术的普及
单片机作为一种集控制、运算、存储 等功能于一体的微处理器，被广泛应 用于各种电子设备中。
SPWM逆变电源概述
SPWM逆变电源的基本原理
01
通过控制开关的占空比，使得输出电压或电流的脉冲宽度按正
弦规律分布，从而得到类似正弦波的输出波形。
SPWM逆变电源的特点
02
输出波形质量高、谐波含量低、动态响应快、易于数字化实现
等。
SPWM逆变电源的应用
03
在电机控制、不间断电源、有源滤波器等领域具有广泛的应用。
02 SPWM逆变电源原理
SPWM技术原理
SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）技术是一种模拟正弦波的脉冲宽 度调制技术，通过改变脉冲宽度来模拟正弦波 的幅值。
SPWM技术广泛应用于逆变电源、电 机控制等领域，具有高精度、高效率、 低谐波等优点。
单相三电平SPWM整流器的研究与设计论文
摘要随着电力电子器件、高精度高速运算芯片、实时仿真与控制等技术的飞速发展，各类电力电子装置正广泛地应用于交直流可调电源、电力供电系统、电气传动控制与电化学生产等领域，然而大多数的电力电子装置都是通过变流器与电网相连，总存在网侧功率因数低以与输入电流谐波成分高的问题。
为了减小谐波干扰对电网质量的危害，以与可能因此而引发的事故，1994年3月国家技术监督局颁布了国标GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》。
抑制电力谐波提高功率因数的方法主要有两种，一种是装设专用的谐波补偿装置，该方法相应地带来了成本增加的问题；另一种是采用新型的高功率因数变流器。
PWM整流器作为高功率因数变流器的一个重要方向，在各种工业生产领域扮演着重要角色。
它不仅要求中间直流环节的电压保持恒定，交流侧功率因数为1，还要求尽量减少电流谐波。
然而相对于两电平PWM整流电路，三电平PWM整流器的功率开关管所承受的关断电压为直流侧电压的一半，减少了功率开关管的电压强度，同时电平数的增加使入端电流更接近正弦波，在同样的的开关频率与控制方式下，其电流谐波总畸变率（THD）要远小于两电平PWM整流器。
因此，本毕业设计以单相三电平PWM整流器为研究对象, 首先介绍了课题的产生背景、研究概况与意义，阐述了PWM整流器的工作原理，并对其开关工作模态以与拓扑结构进行了分析；其次，在此基础上，建立了三电平整流器的系统数学模型，并对PWM控制技术进行总结，采用电压电流双闭环控制，利用MATLAB/Simulink进行了仿真实验。
仿真结果表明，系统的工作情况与理论分析相符合，该系统不仅能使直流电压在一定围可调，而且使整流器交流侧电流谐波降低，实现了单位功率因数运行。
关键词：三电平整流功率因数校正 MATLAB仿真ABSTRACTWith the rapid development of power electronic devices, high-precisionhigh-speed computing chip, real-time simulation and control technology, various types of power electronic devices are widely used in AC-DC adjustable power supply, power supply systems, electrical transmission control and electrochemical production etc, but most power electronic devices connected to the grid through the converter, there is always the low power factor and high harmonics problem ofthe input current.In order to reduce the harm of grid-quality by the harmonic-interference, and the accident may resulted form it, the State Bureau of Technical Supervision issued a national standard GB/T 14549-1993 "harmonic power quality utility" in March 1994. There are twomethods to improve power factor and inhibit power harmonic, one is the installation of a dedicated harmonic compensation devices, the method has brought a corresponding increase problem in the cost ; the other is using the new high power factor converter .PWM rectifier ,as an important direction of high power factor converters, plays an important role in the various areas of industrial production. It not only requires the constant of middle-dc voltage, AC power factor is 1, also required to minimize the current harmonics.However, in related to the two-level PWM rectifier, theDC side power switch turn-off voltages of three-level PWM rectifier are the half, so it reduce the power voltage- strength, andthe increase of the level’snumber s makes the input-side current closer to the sine wave, and at the same switching frequency and control mode, the total current harmonic distortion (THD) is much smaller than the two-level rectifier.Therefore, this graduating-design choosethe single-phase three-level PWM rectifier as research object. First this paper introduces the background,research survey and significance ofthis research subject, explains the working principle of the PWM rectifier and analyzes its switching modes and topology; Secondly, on this basis, a system mathematical model of the three-level rectifier is built, then begin a MATLAB/simulink simulation experiment with the summary of PWM control techniques and the use of voltage and current double closed loop control. Simulation results show that the work of the system consistent with the theoretical analysis, this system not only enables the DC voltage is adjustable within a certain range, but also reduce the rectifier AC side current harmonics to achieve the unity power factoroperation.Key words:three-level powerfactor correctionMATLAB simulation主要符号说明S u 输入交流电源电压s i网侧电流 ab AB u u /交流侧调制电压 d u直流侧输出电压 d i直流侧输出负载电流 g i中点箝位电流 1u直流侧电容C1两端电压 2u直流侧电容C2两端电压 a S 1-a S 4/ b 1S -b S 4三电平整流器左/右半桥臂四个开关管 a VD 1-a VD 4/b VD 1-bVD 4三电平整流器8个反并联二极管 1C /2C直流侧上下两个支撑电容 R入端电阻 L入端电感 L R直流侧输出负载电阻 A S三电平整流电路简化模型的A 相开关 B S三电平整流电路简化模型的B 相开关毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作与取得的成果。
SPWM的基本原理及其应用实例
SPWM的基本原理及其应用实例1. 什么是SPWMSPWM（Sine Wave Pulse Width Modulation）即正弦波脉宽调制技术，是一种常用的电子控制技术。
在SPWM技术中，通过改变脉冲宽度来控制输出电压的大小，从而实现对电力系统的调节。
2. SPWM的基本原理SPWM技术基于一个简单的原理，即将一条直流电压通过开关器件开关，形成一串脉冲信号，通过调节脉冲的宽度和频率，可以模拟出一个接近正弦波的输出电压。
基本工作原理如下：•步骤1：通过开关器件将直流电源转换为交流电源。
•步骤2：通过比较器将一个参考正弦波信号与一个三角波信号进行比较。
•步骤3：根据比较结果，控制开关器件的导通和断开，改变脉冲的宽度和频率。
•步骤4：得到一个脉冲宽度与正弦波信号相关的输出波形，即SPWM输出。
3. SPWM的优点与应用SPWM技术具有以下优点：• 1. 输出波形接近正弦波： SPWM技术能够产生接近正弦波的输出波形，具有较低的谐波含量，适用于需要稳定高质量电源的场景。
• 2. 输出电压可调： SPWM技术可以通过改变比较器的阈值、参考信号的幅值和频率等参数，实现对输出电压的精确调节。
• 3. 调制频率高： SPWM技术的调制频率通常可以达到几百Hz甚至更高，适用于对输出电压要求高动态响应的系统。
SPWM技术在许多领域得到了广泛应用，以下是几个典型的应用实例：3.1 变频调速SPWM技术可用于电机驱动，通过调节输出电压的频率和电压大小，实现对电机的变频调速。
这在工业自动化领域中非常常见，可以节省能源和提高生产效率。
3.2 逆变器控制SPWM技术也广泛应用于逆变器中，用于将直流电源转换为交流电源。
逆变器通常用于太阳能发电、风能发电和电力调制等场景，SPWM技术可实现对逆变器输出电压波形的控制。
3.3 无线电通信在无线电通信领域，SPWM技术可以用于产生高频信号，实现调频调制（FM）。
通过改变脉冲的宽度和频率，可以实现对无线电信号的调制和解调。
SPWM工作原理及建模
SPWM工作原理及建模SPWM是一种调制技术，全称为Sinusoidal Pulse Width Modulation，即正弦脉宽调制。
它是一种用来控制逆变器输出波形的技术，适用于交流调压调速控制、电力供应的可控制直流源等领域。
SPWM的工作原理是将待控频率的正弦波与一个高频三角波进行比较，并通过调整脉冲的宽度来实现对输出波形的控制。
SPWM的工作原理基于以下几个关键步骤：1.生成三角波：使用一个可调的频率高于待控频率的三角波发生器来生成高频三角波。
这个高频三角波用来与待控频率的正弦波进行比较。
2.生成正弦波：通过一个正弦波发生器生成待控频率的正弦波。
3.比较器：将生成的正弦波与高频三角波进行比较。
比较器的输出信号形成了SPWM信号。
4.比较结果：比较器根据正弦波的幅值与三角波的幅值之间的比较关系，分析出幅度大小，进而得到高电平时间与低电平时间的比值。
5.控制输出：利用比较结果调整输出脉冲的宽度，控制逆变器的开关管的开关时间，从而实现对输出波形的控制。
通过以上步骤，SPWM可以将高频三角波与待控频率的正弦波进行比较，并通过调整脉冲的宽度来控制输出波形。
比较结果会根据正弦波的幅值与三角波的幅值之间的比较关系，将高频三角波的低电平和高电平时间比例反映到输出波形上，从而实现对输出波形的调节控制。
SPWM的建模可以用数学公式来描述。
设待控频率的正弦波为x(t)，高频三角波为y(t)，输出波形为z(t)。
则SPWM的控制方法可以表示为：z(t)=f(x(t),y(t))其中，f是一个函数，它描述了如何根据输入的正弦波信号和高频三角波信号来得到输出波形信号。
具体参数与函数形式由SPWM的具体实现决定。
一般而言，这个函数会通过比较正弦波信号和三角波信号的幅值来决定输出波形的脉冲宽度，从而控制输出波形的形状。
总结起来，SPWM是一种通过比较三角波和正弦波来控制输出波形的技术。
它的工作原理是通过调整脉冲的宽度来实现对输出波形的控制。
spwm_精品文档
spwm标题：SPWM技术及其应用摘要：随着电力电子技术的发展，PWM（Pulse Width Modulation）调制技术在工业控制中得到了广泛的应用。
而SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）调制技术作为PWM调制技术的一种特殊形式，对于交流电机、逆变器以及UPS （不间断电源）等领域也有着重要的应用。
本文将介绍SPWM调制技术的原理、特点以及应用场景，并深入探讨其在电力电子领域中的优势。
第一部分：SPWM的基本原理1.1 PWM调制技术简介1.2 SPWM调制技术的定义与特点1.3 SPWM调制技术的基本原理1.4 SPWM调制技术的数学模型第二部分：SPWM技术的应用领域2.1 SPWM在交流电机控制中的应用2.1.1 SPWM调制技术对交流电机的控制效果2.1.2 SPWM调制技术在变频调速系统中的应用2.1.3 SPWM调制技术在磁悬浮轴承控制中的应用2.2 SPWM在逆变器中的应用2.2.1 SPWM调制技术在逆变器输出波形控制中的应用2.2.2 SPWM调制技术在逆变器输出电压控制中的应用2.2.3 SPWM调制技术在太阳能逆变器中的应用2.3 SPWM在UPS中的应用2.3.1 SPWM调制技术在UPS输出电压控制中的应用2.3.2 SPWM调制技术在UPS输出电流控制中的应用2.3.3 SPWM调制技术在UPS输出频率控制中的应用第三部分：SPWM技术的优势与发展趋势3.1 SPWM调制技术的优势3.1.1 输出波形质量优良3.1.2 谐波内容低3.1.3 控制精度高3.1.4 载波频率大于信号频率3.1.5 适用范围广3.2 SPWM技术的发展趋势3.2.1 多级SPWM技术的发展3.2.2 高速SPWM技术的研究3.2.3 基于DSP（数字信号处理器）的SPWM控制系统结论：SPWM调制技术作为PWM调制技术的一种特殊形式，在交流电机、逆变器以及UPS等领域具有重要的应用价值。
SPWM全桥逆变器主功率电路和控制电路设计共10页
SPWM全桥逆变器主功率电路和控制电路设计一．设计目的通过电力电子技术的学习，熟悉无源逆变概念；采用全桥拓扑并用全控器件MOSFET形成主电路拓扑，设计逆变器硬件电路，并能开环工作。
熟悉全桥逆变器拓扑，掌握逆变原理，实现正弦波输出要素，设计SPWM逆变器控制信号发生电路。
输入：48VDC 输出：40VAC/400HZ二．设计任务(1) 掌握全桥逆变的概念，分析全桥逆变器中每个元件的作用；（2）分析正弦脉宽调制SPWM原理，及硬件电路实现形式；（3）应用Protel 制作SPWM 逆变器线路图；（4）根据线路图制作硬件，并调试；三．设计原理电路组成及工作原理分析：电路主要由正弦波和三角波发生电路，控制电路和逆变电路组成。
电路中所用到的元器件主要有ICL8038，运算放大器LF353，比较器LM311，IR2110，MOSFET，CD4069，电阻电容及齐纳二极管组成。
控制电路分析：当电路开始工作，首先由ICL8038产生的正弦波和三角波，正弦波和三角波的幅值由可调电阻来控制，得到的波可以通过LF353运算放大器构成的反相电路进行反向，得到方向相反的正弦波，正弦波与三角波信号通过LM311比较芯片产生SPWM脉冲。
主电路分析：本次设计我们采用倍频式SPWM技术，在开关频率不变的情况下，达到输出频率倍增的效果。
IR2110用于驱动全桥逆变器用以控制MOSFET的通断，在IR2110的外围电路使用二极管和齐纳二极管防止MOSFET的同时导通而击穿。
如下图所示，MOSFET采用2SK1825，4个2SK1825两两串联后并联成桥式逆变主电路，U输入为出入电压，VDC 输出电压，电容C1、C3为VCC的滤波电容，电容C2、C4为自举电容，二极管为自举二极管。
MOSFET的驱动采用芯片IR2110驱动，2个IR2110芯片分别驱动桥式逆变主电路的2个桥臂。
工作时，两个IR2110（1）和IR2110（2）的输入SPWM脉冲是相反的，两个IR2110分别驱动不同桥臂的MOSFET管，IR2110（1）的HO驱动Q1、IR2110（1）的LO驱动Q2，IR2110（2）的HO驱动Q3、IR2110（2）的LO 驱动Q4，由于输入的两个SPWM脉冲是相反的，2个桥臂上的MOSFET 管会交叉导通，即Q1、Q3同时导通或者Q2、Q4同时导通，两种情况依次循环导通，从而完成逆变。
基于SPWM三相逆变器的仿真与设计-电路与系统专业论文
基于SPWM三相逆变器的仿真与设计-电路与系统专业论文本文介绍了基于SPWM（Sinusoidal ___）三相逆变器的仿真与设计。
论文首先阐述了研究的背景，包括三相逆变器在工业和电力系统中的应用。
然后确定了论文的目的，即通过仿真与设计探索SPWM三相逆变器的性能和特性。
根据此目的，采用了相应的方法，包括建立逆变器的数学模型、实施SPWM控制策略以及进行仿真和设计。
最后，通过实施所提出的仿真与设计方法，得出了相应的结果。
本文的研究对于理解和优化基于SPWM三相逆变器的电路与系统具有重要的意义。
关键词：SPWM，三相逆变器，仿真，设计，性能，特性该论文旨在研究基于SPWM（___）三相逆变器的仿真与设计。
本部分将介绍研究的背景和相关的文献综述，阐明研究的目的和意义。
该部分将介绍使用的研究方法和仿真工具，以及实验的设计和参数设置等。
该部分将介绍仿真和设计的过程，并展示结果和讨论。
在本研究中，我们采用了SPWM （Sinusoidal ___）技术，设计了一个三相逆变器电路。
我们使用了模拟仿真软件来验证电路的性能和波形输出。
首先，我们搭建了逆变器的电路图，并配置了相应的元件和参数。
然后，我们使用SPWM技术来产生需要的输出波形。
通过调整占空比和频率，我们可以调节输出电压的幅值和频率。
接下来，我们进行了仿真实验。
我们改变了载荷的变化情况，通过观察输出波形和性能参数，评估了逆变器的稳定性和效率。
根据我们的仿真实验，我们得出了以下设计结果：输出波形：通过SPWM技术，我们成功地实现了三相逆变器的正弦波输出。
输出波形的幅值和频率可以根据需要进行调节。
稳定性分析：我们对逆变器在不同载荷情况下的稳定性进行了分析。
结果表明，在正常工作范围内，逆变器可以稳定地输出所需电压，并且对载荷变化具有较好的适应性。
效率评估：我们还对逆变器的效率进行了评估。
根据我们的实验结果，逆变器在适当的设计参数下可以实现较高的效率。
根据我们的仿真和设计结果，我们可以得出以下结论：基于SPWM技术的三相逆变器具有良好的波形质量和稳定性，可以满足多种应用需求。
基于电力电子技术SPWM的一种实践教学方法
不等 的脉； 中，这 些 脉 冲 称 为脉 宽 调 制 （ Ｐ Ｗ Ｍ ）波 ．用 这 些 脉 冲 来 代 替正 弦 波 或 者 其 他 所 需 要 的 波 形 。 根 据 采 样 控 制 理 论 ．； 中量 相 等 而 形 状 不 同 的 窄脉 冲 加 在 具 有 惯 性 的环 节 上 时 ，其 效 果 基 本 相 同 。 脉 冲 频 率 越 高 ．ＰＷ Ｍ越
（ Ａ ２）两 部 分 ，共 同 组 成 三 角 波 电 压 产 生 器 电 路 。从 电 路 可 以 看 出
一 瓦 Ｖ ｏ － ＋
求出 上 ．
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Ｒ
，
考 虑 到 电路 翻 转 时 ，有 。 宽度 为 Ｒ ６ Ｖ
、
一
＝０ ．得 ＝ ＝＿． Ｒ ６ Ｖ
下降到负值。 当 下 降 到 下 门限 电压 一 使Ｖ Ｖ 时 ，比较 器输 出 １ ） ０ 。 又由 ＋ 下跳 到 一 。 如此 周 而
充电，
复始 产 生振荡 。由于 电容 ｃ１ 的正 向与反 向充 电时 间常数相等 ，输 出波形 为三 角波电压 ，
为方波 电压 。可
以证明．其振荡周期为 ： ＋ ：— ４ ￣ ６ ＆Ｃ
—
，பைடு நூலகம்
振 荡 幅 值
。
三、 正 弦 波 产 生 电 路 的 工 作 原理
正弦波产生 电路又称 文氏电桥振荡器 ，如 图３ 所示 ．其 中放大器由同相运放电路组成 ，因此
Ｒ ，
足 ．
设二 极管内 阻 分 别为 ｒ Ｄ ３ 、 ｒ Ｄ ４ ， 这 里Ｒ ， ＝ ４ ＋ Ｒ Ｗ Ｉ ＋ （ ３ ／ ４ ／ ／ ５ Ｊ 。 Ｆ 网 络由 Ｒ ｃ 串 并 联网 络 组 成． 由 于运
基于等面积法生成spwm波形算法的研究大学论文
基于等面积法生成SPWM波形的算法的研究摘要：SPWM波广泛应用于电力电子行业以及电动机调速和阀门控制。
本文提出一种改进后的等面积法产生SPWM波形，它具有精度高，计算简单，误差小等特点，明显优于自然采样法和规则采样法。
该系统采用三项逆变桥采用双极性控制，PWM驱动波形由89C52单片机查表发生成,IGBT的驱动电路采用IR2101芯片。
对其输出波形进行分析，证明了该方法的可行性和合理性。
经PROTUES仿真系统性能基本达到了设计要求。
关键词:SPWM 等面积法三项逆变桥 89C52 IR2101 PROTUESThe study of generating SPWM wave algorithm that based onarea equivalent principleAbstract: SPWM wave is widely used in the power electronics industry ,the Motor speed control and the Valve control.This study propoes a improved method of generating SPWM wave using the area equivalent principle.This method is high accuracy,easy to calculate and has low deviation.It is obviously better than natural sampled one or regular sampled one.This system use Three inverter bridge with bipolar control,PWM wave is generated by 89C51(SCM) using lookup method.The drive circuit of IGBT adopt IR2101 chip.It is proved that this method is feasible and reasonable after making harmonic analysis of its output waveform.The simulation reasults from PROTUES shows the system`s requirements are reached.Keyword:SWPM,area equivalent principle, Three inverter bridge,89C51,IR2101,PROTUES目录1 绪论 (1)1.1 课题背景及研究意义 (5)1.2 PWM波形算法和应用的发展现状 (5)1.2.1 现有主要的PWM算法 (5)1.2.2 PWM应用的背景及现状 (6)1.3 课题的主要研究内容 (9)2 正弦脉宽调制（Sinusoida PWM）技术 (11)2.1等面积法的介绍 (11)2.2 现有几种等面积法的介绍与比较 (11)2.3 等面积法的设计研究 (11)2.3.1 等面积算法的原理 (11)2.3.2 等面积法的算法推导 (13)3 逆变与PWM调制技术 (16)3.1 逆变电源和逆变技术 (16)3.1.1 逆变的目的和优点 (16)3.1.2逆变的基本原理 (17)4 正弦脉宽调制的实现 (19)4.1单极性调制与双极性调制 (19)4.2双极性SPWM控制方式 (19)5 谐波分析 (24)5.1单相双极性SPWM波的谐波分析 (24)5.2三相逆变器输出SPWM 波的谐波分析 (26)6 软件设计 (30)6.1 软件设计概述 (30)6.2 单片机编程 (30)6.3 程序流程图 (31)7 硬件设计及仿真 (32)7.1 AT89C52介绍 (32)7.2 IR2101芯片及IGBT驱动电路 (34)7.3 硬件仿真 (36)7.3.1 硬件仿真图 (36)7.3.2 仿真波形 (37)7.3.3 硬件系统调试 (38)7.3.4系统调试的心得体会 (38)8 总结 (39)附录 (40)附录1 主要程序 (40)参考文献 (47)致谢 (48)1 绪论1.1 课题背景及研究意义电力电子技术作为一门新兴技术近些年得到了飞速的发展并逐渐在电力变换，高低压变频，工业控制等等领域得到广泛的应用。
基于波形发生器的三相SPWM正弦脉宽调制电路设计_毕业设计论文
基于波形发生器的三相SPWM正弦脉宽调制电路设计摘要本设计介绍一种以80C196KC单片机为控制核心的SPWM正弦脉宽调制电路。
80C196KC单片机能产生3相6路互补的PWM信号,结合该单片机运算速度快、集成度高、功能强大的特点,实现了PWM触发脉冲的精确控制。
该系统主要整流电路，滤波电路，逆变电路、驱动隔离电路、电源电路、保护电路以及单片机最小系统组成。
通过软件编程的方法，产生正弦脉冲宽度调制波形来控制绝缘栅双极晶体管的导通和关断，从而达到控制异步电动机转速的目的。
关键词：80C196KC；SPWM；单片机最小系统；逆变电路目录第1章绪论 (2)第2章SPWM变频调速系统基本原理 (3)2.1 SPWM变频调速系统基本原理 (3)2.2 常见SPWM信号产生方法 (4)第3章硬件设计 (5)3.1 系统硬件设计总方案的确定 (5)3.2 带有波形发生器的微处理器芯片的选择 (6)3.3 主电路的设计 (7)3.3.1 三相电压型桥式逆变电路 (8)3.3.2 SPWM主电路的设计 (8)3.4 隔离和驱动电路 (9)3.4.1 抗干扰电路 (9)3.4.2 光耦隔离驱动电路 (9)3.5 电源稳压电路 (10)3.6 过流过压保护电路 (12)3.7 系统总的硬件电路图 (13)第4章软件的设计 (14)4.1 系统软件设计流程图 (14)4.2 SPWM波的产生 (15)4.3 调速信号检测 (16)第5章课程设计总结 (18)参考文献 (19)第1章绪论二十世纪末以来，电力电子技术及大规模集成电路有了飞速的发展，在此技术背景下SPWM电路构成的变频调速系统以其结构简单、运行可靠、节能效果显著、性价比高等突出优点而得到广泛应用。
为了提高整个系统的控制效果，高性能SPWM脉冲形成技术一直是人们不断探索的课题。
而模拟电路和数字电路等硬件电路来产生SPWM波形是一种切实可行的方法，但是这种方法控制电路复杂、抗干扰能力差、实时调节比较困难。
SPWM逆变器输出端无源滤波器的研究与设计的开题报告
SPWM逆变器输出端无源滤波器的研究与设计的开题报告一、研究背景和意义SPWM（正弦波脉冲宽度调制）逆变器广泛应用于交流驱动、光伏发电及风能发电等领域。
然而，SPWM逆变器的输出端存在高次谐波，因此需要进行滤波，以减小对负载的影响，并满足一定的输出电压品质要求。
在现有滤波器设计中，常用的是有源滤波器，但是其加大了整个系统的复杂度和成本，并且容易出现稳定性问题。
与之相比，无源滤波器具有结构简单、稳定性高等优点，因此值得研究。
因此，本文将着眼于SPWM逆变器输出端的无源滤波器研究和设计，通过理论计算和实验验证，寻求设计一种高性能且低成本的无源滤波器的方案。
二、研究内容和方法本研究将按照以下步骤进行：1.分析和研究无源滤波器的原理和适用范围，其中包括传统的LC滤波器、LCL滤波器以及LLCL滤波器等结构。
2.综合考虑无源滤波器的设计指标，包括滤波器频率响应、损耗和体积等，选取一种合适的无源滤波器结构；3.利用SPWM逆变器的数学模型，建立滤波器的数学模型，并进行仿真计算，分析滤波器的性能表现，寻找优化方案；4.基于计算结果，进行滤波器电路的实际设计和制作，并进行实验验证，验证其性能表现和可靠性；5.总结和分析设计结果，以期达到高性能和低成本的目标。
三、预期成果和意义本研究拟设计一种高性能且低成本的SPWM逆变器输出端无源滤波器，其具有以下预期成果：1.提出了一种实用性强的无源滤波器设计方案，能够有效地减少高次谐波的影响，保证输出电压的品质要求；2.通过理论分析和实验验证，得到了滤波器的性能表现和工作特性，具有参考价值；3.本研究采用无源滤波器，相较于有源滤波器，具有结构简单、性能稳定等优点，有望在实践中推广应用。
四、进度安排1.文献调研和理论研究（2021年6月-2021年7月）；2.滤波器结构和性能分析（2021年8月-2021年9月）；3.滤波器电路设计和仿真计算（2021年10月-2021年11月）；4.滤波器实验制作和测试（2021年12月-2022年1月）；5.论文撰写和总结（2022年2月-2022年4月）。
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基于DDFS 的SP WM 电路的研究与开发倪 伟,张 粤(淮阴工学院,江苏淮安223001)摘 要:以变频串联谐振高压试验装置为背景,介绍了利用数字频率合成(DDFS )技术实现SP WM 的工作原理,从应用的角度阐述了基于CP LD 的正弦脉宽调制(SP W M )数字触发电路的设计,既简化了硬件电路的设计与系统开销,又解决了正弦波波形精度随频率的增加而减小的问题。
关键词:变频串联谐振高压试验装置;DDFS 技术;CP LD;SP WM 电路中图分类号:T N787 文献标识码:A 文章编号:1009-7961(2006)03-0018-05On D evelopm en t of the SP WM C i rcu it Ba sed on DD FSN IW ei,Z HANG Yue(Huaiyin I nstitute of Technol ogy,Huaian J iangsu 223001,China )Abstract:This paper,based on the series res onance syste m contr olled by computer,intr oduces the p rinci p le of achieving SP WM by making use of DDFS .I n ter m s of app licati on,this paper expounds the design of digital fir 2ing circuit of SP W M based on CP LD ,which si m p lifies the design and the syste m expenses of the hardware elec 2tric circuit and res olves a p r oble m that the accuracy of sinuous wavef or m decreases with the increase of the fre 2quency .Key words:series res onance system;DDFS;CP LD;SP WM circuit收稿日期:2006-01-03;修改日期:2006-03-14基金项目:江苏高校高新技术产业发展项目(JH03-044)作者简介:倪伟(1965-),男,江苏江阴人,副教授,南京理工大学博士研究生。
0 引 言变频技术集现代电子、信息和智能技术于一体,是应用面广的高效节能新技术,而正弦脉宽调制波(SP WM )的形成和控制则是它的核心技术。
目前虽有专用SP WM 芯片及集成有数字化P WM 电路的微处理器芯片面市,但对于既需调频又需调压且频率分辨率较高的系统,其灵活性相对较差,难以满足要求。
随着复杂可编程门阵列在电子产品设计中广泛的应用,使数字SP WM 设计成为可能。
本文以变频串联谐振高压试验装置为技术背景,提出了将数字频率合成技术、单片机、CP LD 相结合实现精确的、全数字的SP WM 逻辑触发信号的方案,以解决正弦波波形精度随频率的增加而减小的问题。
1 变频串联谐振高压试验装置总体结构根据高电压试验技术规范,变频串联谐振高压试验装置总体结构如图1所示。
图1 变频串联谐振高压试验装置总体结构图第15卷第3期 淮阴工学院学报 Vol .15No .32006年6月 Journal of Huaiyin I nstitute of Technol ogy Jun .2006 该系统的工作原理:在系统启动并设置包括起始扫描频率、起始占空比、试验电压、试验时间、运行方式在内的运行参数后,CP U 即控制SP WM 电路输出定压调频的SP WM 脉冲波,驱动逆变电路将输出激磁试验电压施加到RLC 串联回路中的电感与被试品电容上,实现手动或自动扫频,以确定RLC 串联回路的谐振点。
在谐振点确立后,CP U 即控制SP WM 电路输出定频(谐振点频率)调压的SP WM 脉冲波,以调节DC -AC 逆变电路的输出电压,直至达到被试品的试验电压为止。
2 基于DDFS 的SP WM 电路结构直接数字频率合成技术(DDFS )是指相位累加器在参考时钟频率的作用下,通过对频率控制字(FC W )进行累加,并以累加相位值的溢出作为地址修正时钟,以读取存放于存储器内的正弦波波形数据,经驱动电路获取所需波形以实现SP WM 控制。
在系统设计时,考虑到系统对波形质量及频率调整的要求,将通过改变正弦波采样点数来改变正弦波频率的传统设计方法调整为根据频率控制字FC W 的不同取值,通过改变正弦波采样时钟频率来改变正弦波频率,并确保每一周期的正弦波的采样点数固定不变,从而使正弦波具有足够的波形采样数据以确保波形的准确性。
基于DDFS 的SP WM 电路结构框图如图2所示。
图2 基于DDFS 的SP WM 电路结构框图 其中,频率控制字寄存器用于寄存单片机下传的频率控制字,以控制输出正弦波的频率;幅值控制字寄存器用于寄存单片机下传的幅值调制比,以控制输出正弦波的幅值;正弦波形数据表用于存储等相位取样的1/4周期的正弦波的幅度量化值。
在系统参考时钟REFCLK 控制下,每来一个时钟脉冲,相位值累加器将M 位频率控制字FC W 与N 位累加器输出数据相加,并将结果馈送到相位值累加器的输入端,为下一个时钟的数据相加做准备,其相位累加器每次累加溢出信号的频率F m q 20=REFCLK ×FC W2N,其中FC W 的取值范围是0～2M-1。
相位累加器每次累加的溢出信号则作为Add W 位地址计数器的时钟信号,在每个溢出信号的时钟上升沿地址计数器进行一次加(减)1运算,且当地址计数器为0时进行加计数,当地址计数器为2Add W-1时(经历1/4周期)进行减计数,并将T/4周期检测信号取反,以便为后续幅值调整模块的坐标平移提供判断依据。
由地址计数器产生的计数值则作为正弦波形数据表ROM 的查找地址,用于获取当前相位所对应的正弦波采样点的幅度量化值,经过一个地址计数器的计数值从0到2A dd W-1到0变化过程,即得到1/2个周期的正弦波。
经幅值控制字调制处理后即可得到完整的正弦波,其输出频率为F sin =F m q 204×2A dd W。
此信号与三角波比较并进行死区调节后,最终获得既调频又调压的SP WM 触发信号。
3 SP WM 接口电路 由于试验装置采用单相逆变桥,要求SP WM 模块产生二相四路调频(输出频率范围0～300Hz,频率分辨率为0.01Hz )调压(输出电压200V 、步进值<0.5V )脉冲信号。
该调频调压SP WM 电路采用AT LER 公司的EPF10K30芯片实现,采用DDFS 频率合成技术和内置ROM 技术,以提供波形失真小的调频调压SP WM 脉冲波,具体接口电路如图3所示,其内部由三角载波形成、正弦函数数据表、正弦波频率调节、正弦波幅值调节、信号比较与死区处理等模块组成。
其中D0～D7为数据总线,NCS 、NWR 为芯片选择信号及写信号,A0～A2为总线地址信号,NCLOSE 为故障报警脉冲封锁信号,CLK 为系统时钟。
其工作过程:微处理器通过片选信号NCS 、数据线D0-D7、地址线A0～A2及第3期 倪伟等:基于DDFS 的SP WM 电路的研究与开发 19写控制信号NWR 向EPF10K30芯片写入频率、电压幅值控制字以及其他相应的控制命令,接口根据控制命令分别实现芯片复位、片内数据寄存器置数、允许信号输出等操作。
图3 SP WM 接口电路图3.1 正弦函数数据表由于在CP LD 芯片内实现正弦函数的计算非常困难,因此正弦函数求解是通过离线计算的正弦函数表来完成的。
此外,增大地址计数器的位数和相应地增大LUT 的存储容量,将使每个周期的正弦波包含更多的采样数据,逆变器输出波形就更精确,但它也将增大电路的资源消耗,增大芯片的面积,减慢电路的处理速度,综合考虑以上因素,在本设计中,每个正弦波周期等角度采样1024个点,考虑到正弦函数的周期性与对称性,在ROM 表中仅需建立0～90°的正弦函数波形数据表,亦即在ROM 表中仅需保存与1/4周期正弦波幅值相应的256个采样数据,因此,选用8位地址计数器,LUT 的存储容量取256×8位,当实际使用时,只需按照相位与地址一一对应的关系从数据表中依次读出即可。
离线计算式如下:S inV a lue =2553S in90°2553K 其中K =0,1,2,…,2553.2 正弦波频率的调节基于DDFS 原理的正弦波生成框图如图4所示。
由于本装置采用双极性调制方式,故以计数器输出值4095作为三角波正负分界线。
在变频串联谐振高压试验装置中,为了兼顾其它的被测对象以及系统的扩展应用,将输出频率范围调整为0～10KHz,按照每周期采样1024个点即Add W =8,系统参考时钟REFCLK 应不小于10MHz,在此选择10MHz 。
按照调频的性能指标△f =0.01Hz,f max =10KHz 由F mq20、F sin 的计算公式可得,M =N =20。
图4 正弦波与三角波形成原理图3.3 正弦波幅值的调节为了调节功率模块输出的正弦波幅值,由SP 2WM 原理可知,只须改变正弦调制波幅值的调制比λ,亦即改变SP WM 脉冲序列的脉冲宽度。
在本系统设计中,根据系统性能指标要求,选择用9位二进制数表示调制比λ,亦即取值范围为0～511。
具体幅值调制原理框图如图5所示,其中SI N DFF 模块用于正弦波正负半周判别,ADDS UB 模块用于正弦波幅值坐标调整。
在CP LD 芯片通过总线接口从单片机接收到调制比λ信号(q[24..16])后,一旦EPROM 地址发生变化,在参考时钟的作用下,CP LD 即按照公式MUL =λ・Sin Value 对从正弦函数表中取出的正弦幅值进行调制深度调整。
20 淮阴工学院学报 2006年图5 幅值调制原理图 此外,由于采用双极性调制方式且三角载波峰值固定,其取值范围为0～8190,则中位线值为4095,故取幅值调制后的正弦波输出MUL 的高12位作为有效数据,并按照公式(1)、(2)进行坐标调整以获得完整的正弦波,实际输出的正弦调制波幅值PSI N 、NSI N 即为调整后严格互补的正弦调制波数据。
PSI N =4095+MUL [16..5]NSI N=4095-MUL [16..5](1)(2kp <MUL <(2k +1)π)PSI N =4095-MUL [16..5]NSI N=4095+MUL [16..5](2)((2k +1)π<MUL <(2k +2)π)k =0,1,2,…,N3.4 信号比较与死区处理在理论上,同一桥臂的两个功率管驱动信号应严格互补,但实际上每个功率管都存在一定的开关时间,且一般情况下t O N 略小于t O FF 。