基于STM32系列单片机的数控正弦波逆变电源设计与实现
和驱动能力,还要考虑好上下管驱动信号的隔离问题。为简化设计,全桥逆变的上管驱动(U3、U5)采用了自举供电的方式,减少隔离电源的使用数目。
对逆变桥的驱动电路,为避免上下管直通,设计中需要考虑死区问题。STM32单片机的PWM模块具有死区功能,本设计采取了软件死区方法。这样做的另一个好处是,对不同的功率管只需改变软件设计即可获得最佳的死区参数。
5)采样电路 输出电压采样用于反馈稳压,输出电流采样用于过载保护,母线电流采样用于短路保护,母线电压采样用于限制母线电压虚高,输入电压采样用于输入过压/欠压保护。输出采样中使用了电流互感器与电压互感器,大大减小了系统干扰,提高了系统的可靠性。取样电路的原理图如图4所示。
对于输出电流取样,本设计中使用了5 A/5 mA电流互感器。由于电流互感器的输出为毫伏级的交流信号,为了能够被单片机内部AD模块采集到,必须将其整流成直流信号并加以放大。而普通二极管整流电路对毫伏级电压是无效的,因此,此处采用了由运算放大器(U11,LM3 58)构成的小电压整流电路。实际测试表明,该电路有效解决了毫伏级信号的采样问题。
3 系统软件设计
为了提高系统的可读性以及代码效率,软件采用状态机思想设计,图5所示为系统的状态转换图。系统上电复位后进入SAMPLE采样状态,若检测到采样完成标志FINISH则进入JUDGE状态进行判断,如果FAULT不为0即有故障信号(过压/欠压、过载、短路),则进入PROTECT状态关闭输出,并跳转到WAIT状态等待故障信号消除。当故障信号消除后,系统软重启,开始新的采样及检测。JUDGE状态后如果未检测到故障信号,则进入NORMAL正常状态,进行电压调整。
系统上电后,首先完成各个外设的初始化,主要包括系统时钟、定时器、GPIO口、ADC、DMA、中断及SPI的初始化。在此,定时器和中断一旦初始化完成,PWM及SPWM波就会生成。考虑到过流、短路保护及反馈稳压的实时性要求较高,故在中断内完成。欠压、过压对实时性要求低,放在主程序内。为提升系统的性能,ADC采样使用DMA方式传输数据,传输完成后,发出中断申请,对采集到的数据进行简单滤波处理,其他功能函数调用此数据完成相应的保护及稳压功能。主程序的流程图如图6所示。
根据以上思想试制一台400 W的样机,采用IRF3205作为推挽升压的功率管,HER307作为整流二极管,全桥逆变功率管则采用IRF840。前级升压的PWM波频率设置为20 kHz,后级SPWM波的频率设置为18 kHz,输出滤波电感L为1 mH,输出滤波电容C为4.7 μF。实际测试正弦交流输出电压精度为220 V±1%,频率精度为50 Hz±0.1%,THD小于1.5%,逆变效率大于87%,其满负载时的试验波形如图7所示(输出经20 kΩ/100 kΩ电阻分压测到)。
文中完整地讨论了以STM32单片机为主控制器的数控正弦波逆变电源的设计,并对其中涉及关键问题进行了详细的讨论。针对高端电子设备对逆变电源的更高要求,提出了一种有效的解决途径。使用该设计方案在简化逆变电源的硬件设计的同时,大大提升了电源的品质与性能,具有很高的推广价值。
- 基于DSP的逆变电源控制系统研究(04-28)
- 基于DSP的SPWM实现(04-19)
- TMS320F2812与DIP-IPM的通用电路设计 (07-06)
- 基于DSP的SPWM直接面积等效算法的分析 (07-19)
- 基于TMS320LF2407A的全数字单相变频器的设计 (08-21)
- 基于TMS320LF2407的变频技术研究(09-18)