基于stm32单片机的单相有源逆变电路的设计
基于STM32的单相在线式不间断电源系统
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Figure 6. Bidirectional DC-DC main circuit structure 图 6. 双向 DC-DC 主电路结构
DOI: 10.12677/sea.2020.960 boost 模式,当系统运行在 Boost 模式时,从右侧输入电压 29~43 V,开关管 T2 和二极
对于整流电路,选择桥式全桥整流,如图 2 所示,通过对交流电的正负半周电流都加以利用,输出 的脉动电流是将交流电的副半周也变成正半周,再经过电容滤波得到直流电压。桥式全波整流的电流利 用率为 100%,且桥式电路的二极管的负载电流为半波整流的一半,又因为要求的高效率问题,所以采用 全桥电路。对于滤波电路,选用 LCπ 型滤波电路。对于交流电,使更多的交流分量电压更多地降在 L 上; 对于直流,L 的直流电阻很小,是更多的直流分量降在负载上,最终使得输入和输出电压满足 U=o UC1 ≈ 1.2U2 [5]。
管 D2 导通,T1 和 D1 截止。要求变换器输出电压为 60 V,输出电流 1 A。设定开关频率 80 kHz,假设
电压纹波为 10 mV,并以此为基础计算功率传输电路的器件参数[8]。
D =1− Vin =60 − 43 =0.283
(1)
Vo
60
满载时输入电流平均值为:
= I av
= Po η ⋅Ui(min)
3.4. 升压模块的设计
升压模块拓扑采用 Buck/Boost 型双向 DC-DC 变换器,此电压变换器具有电感电流断续和连续模 式下变压比保持不变的特性,有利于动态调节。本设计需要将 29~43 V 电压升压至 60 V 左右,考虑到 开关管的耐压问题,我们选择耐压值为 200 V 的 IRF640,对于电路最基本的双向 DC-DC 电路拓扑结 构如图 6 所示。
基于STM32的全桥逆变器的设计
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图 1 系结 构 框 图
1 系统 结 构
如 图 1示 ,设 计 的逆 变器 是 由 4部 分 组 成 ,分别 为 STM32主 控 电 路 、隔离 驱 动 电路 、全 桥 电路 和 采样反馈 电路。STM32单片机产生两组 SPWM 脉冲通过光耦 隔离传输 ,光耦输 出的两组 SPWM脉 冲输 入 到两个 IR2111芯片 ,一 个 IR2111可输 出两 组互 补性 的 PWM 脉 冲 ,从 而 得 到 四组 SPWM 脉 冲 ,四组 脉 冲驱 动全 桥 电路 的 四个 功率 开关 管 。其 中全 桥 电路 中的高 压直 流 电源是 由推 挽升 压 电路提 供 的 ,因篇 幅有限,将不介绍推挽升压电路 的设计 。在全桥 电路 中,以 SPWM脉冲为信号斩波 ,输 出的电压波形 为 高压 SPWM 脉 冲波 形 ,需通 过 以 电感 电容 构 成 的低通 滤 波 器 后 ,才 能 得 到所 需 的交 流 正 弦 电 源 。为
第 23卷第 3期 2016年 6 月
JOURNAL OF DO东NG莞GU理AN 工UN学IVE院RSI学TY 报OF TECHNOLOGY
V0I_23 No.3
Jun. 2016
基 于 STM32的 全 桥 逆 变 器 的 设 计
Байду номын сангаас
黎 山峰 黄超 龙
(东莞理工学院 电子工程学 院 ,广东东莞 523808)
交 流 电源 。
关键 词 :正 弦 逆 变 器 ;STM32;SPWM
中图分类号 :TM464 文献标 识码 :A
文章编号 :1009—0312 (2016)03—0027—05
逆 变器 是 指整 流器 的逆 向变 换器 ,其作 用是 通过半 导 体功 率开 关器 件 的开通 和关 断作 用 ,把直 流 电 能 变换 成交 流 电能 的一 种 电力 电子 变 换 器 j。 随着 电力 电子技 术 的高 速 发 展 ,大 量 高 功 率 开关 器 件 相 继 出现,可以满足各行各业对逆变技术的需求 ,逆变技术的应用领域越来越广泛 I3 。在光伏 和风能等 新 能 源开 发领 域 中 ,均 需逆 变器 将 电能 转换 为恒 压 、恒 频 的交 流 电源 ;在通 信 领 域 中 的不 间 断 电源 里 , 逆 变 器是 重要 的角 色 ;在控 制 交流 电机 的领 域 中 ,逆 变器 的应 用更 为广 泛 。逆变 器 的发展从 工 频方 波逆 变 和 多重 叠加 逆变 ,发 展 到现今 的 PWM 逆 变 ,三 相 空 间矢 量 逆 变 以及 多 电平 PWM 逆 变 。从 逆 变器 的 发 展来 看 ,逆 变器 的 复杂程 度 日渐 上升 ,为 了更 好地 设计 和管 理 ,现今 的逆 变器 的发 展趋 势必 定 为数字 化 逆 变器 。笔 者设 计 的单相 逆 变器 是 以 STM32单 片机 为 核心控 制 的全桥 逆 变器 。
基于STM32的单相正弦波逆变器设计
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基于STM32的单相正弦波逆变器设计李加升;李稳国;宋歌【摘要】考虑当前光伏发电、风力发电等新能源逆变入网的需要,在比较了现有逆变器的基础上,针对低压小功率的逆变,设计了一种基于STM32的单相正弦波逆变器.该逆变器主要由控制模块、全桥式逆变模块、同步BOOST电路、信号采集与调理模块、信息显示模块、欠压过流保护模块等构成.逆变器采用SPWM正弦脉宽调制,经过IR2104产生两路反相的SPWM波,驱动4个开关管IRF540工作,并利用STM32完成电流/电压采样、调试和液晶显示的数据处理.经实际测式,该逆变器获得了较高的转换效率,较低的输出电压/电流误差.【期刊名称】《湖南城市学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2017(026)003【总页数】4页(P54-57)【关键词】全桥逆变;同步BOOST;SPWM控制【作者】李加升;李稳国;宋歌【作者单位】湖南城市学院信息与电子工程学院,湖南益阳 413000;湖南城市学院信息与电子工程学院,湖南益阳 413000;湖南城市学院信息与电子工程学院,湖南益阳 413000【正文语种】中文【中图分类】TM464在光伏发电、风力发电等新电源被广泛应用的今天,逆变技术的研究被广泛关注,而低压小功率的逆变电源是电子设备必不可少的部分.随着电力电子技术的发展和对电气设备在性能上的要求,以及不同应用领域对电源的技术要求,各行业对逆变电源的要求也在不断提高.在许多的电子设备中,要求逆变电源系统可靠性高、稳定度好、调节特性优良,而且体积小、重量轻[1-2].而控制信号产生电路是逆变器的核心,其性能优劣将直接影响整个逆变器的好坏.正弦波脉宽调制(SPWM)是逆变电路的核心技术,目前SPWM的产生方法有很多种,最基本的方法就是利用分立元件,采用模拟、数字混合电路产生SPWM[3-4].文献[5]提出了一种用数、模硬件电路产生SPWM的方法,此方法硬件电路复杂;文献[6]采用SPWM专用芯片SA828系列与微处理器直接连接生成SPWM,此方法生成的SPWM波形参数受专用芯片限制;文献[7]利用FPGA来生成SPWM波,虽然生成的SPWM波质量性能较好,可以灵活改变输出波形参数,但成本也相对较高.本文采用ARM 公司的32位单片机STM32作为主控芯片对单相正弦波逆变器进行了设计.基于STM32的单相正弦波逆变器方框图见图1.系统主要由STM32主控模块、驱动模块、同步BOOST模块、全桥逆变模块、信息采集模块、欠压过流保护模块及键盘显示模块组成,同步BOOST电路和全桥逆变模块组成系统的主电路.系统由单片机产生一路PWM,经驱动模块功率放大后,变为两路反相带死区的PWM,控制同步BUCK中的两个开关管,实现直流电输出升压.全桥逆变电路由单片机产生的2路反相SPWM波,经过驱动模块后生成的4路SPWM波信号控制.SPWM波控制逆变电路4个开关管的通断,将升压后的直流电转换为交流电[8].系统采用互感采样将交流输出电压电流反馈给单片机进行PID调节,实现稳压功能.将交流电压信号经过过零比较器后得到同频率的方波,再由单片机进行频率采样显示在液晶屏上,并可通过按键设定交流电输出频率,与采样频率比较后,进行PID调节,实现频率可调.通过控制欠压过流保护模块中的继电器通断,可以实现欠压过流保护.控制模块由STM32芯片及外围电路构成的最小系统,主要用于信号的采集和发出控制信号;数据采样模块以ADS1115芯片为核心,电压互感器和电流互感器采集输出端电压电流并通过BOOST输出[9];由过零比较器为主要核心构成的定时器捕获模块是为了得到交流输出频率和功率因子;同步BOOST电路使用开关管取代BOOST电路的续流二极管,并用两路反相的PWM驱动;全桥逆变模块通过单片机产生SPWM波控制4个开关管构成全桥式滤波电路,可提高效率;LCD12864模块显示电源的相关主要参数;过流欠压保护模块用于增强电路的安全性,通过检测电源的电压电流,从而控制继电器对整个电路进行保护.STM32单片机拥有512 KB的系统内可编程Flash、112个的快速I/O端口、11个定时器、实时时钟RTC、2个12位的us级的A/D转换器(16通道)、SPI串行端口,以及3种可以通过软件选择的省电模式.单片机主要起到电流电压采样、功率因数测量、信息显示以及过流欠压保护的作用,STM32最小系统部分由晶振电路、复位电路、显示电路组成.单片机最小系统需晶振电路来产生时钟频率.STM32电路采用8 MHz的晶振,CPU最高工作频率可达72 MHz.LCD12864带中文字库的12864内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块,其分辨率为128×64,内置8 192个16*16点汉字,和128个16*8点ASCII字符集,利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面.可以显示8×4行16×16点阵的汉字,也可完成图形显示.主电路由同步BOOST电路和全桥逆变电路组成,见图2.系统通过单片机产生PWM波控制BOOST电路升压,将BOOOST输出电压输送到逆变电路,同时利用正弦脉宽调制技术产生SPWM波给逆变电路实现DC-AC.STM32单片机产生1路PWM,经过I2104后变为两路反相带死区的PWM,控制同步BOOST电路中开关管的通断,由电感周期性充放电和后级电容滤波,使电压输出升高.利用电阻取样法将输出电压采集,反馈给单片机与设定值比较得到误差值,再根据误差值进行稳压调节.逆变部分则是由单片机产生两路反相的SPWM波,经过驱动芯片IR2104驱动后变成4路SPWM波分别驱动全桥的4个开关管,通过单片机的定时器功能每隔50 us取正弦波对应的1个占空比值,1个正弦波分为400个点,则逆变后的波形的周期T =50 us*400=20 000 us=20 ms,频率为f =1/T =50 Hz.由此可实现固定输出50 Hz的交流电.为了提高输出电压、电流控制精度,信号采集模块选用16位采样芯片ADS1115进行采样.系统首先通过电压互感器和电流互感器分别将输出电压、电流成比例缩小,再输入AD637将交流输出换算为真有效值后,由ADS1115采样后反馈给单片机.AD采样电路图见图3.欠压过流保护采用继电器控制电路的通断实现保护.单片机将反馈的电压值和电流值与设定值相比较,当电压低于20±0.5 V或高于28±0.5 V、电流超过1.7±0.1A时,单片机的PA.2口发出一个电平,通过对继电器开关的控制来实现对电路的保护,通过软件控制欠压过流保护具有自恢复功能.AD及继电器保护电路图如图4所示.开启总电源,系统进入初始化状态.然后,对输入电流、电压进行采样,若输出电压大于28 V或低于20 V、电流值大于1.7 A,则驱动继电器断开主回路,完成过流保护,5 s后控制继电器使电路正常工作.若电压电流值在正常范围内,则进行稳压调节,并通过液晶显示.本系统的主程序流程图如图5所示.在输入直流电压Us=21.5 ~26.5 V的条件下,使用数字万用表测量交流电压输出,用示波器测量输出电压波形及频率,测量结果见表1.负载采用50 Ω/50 W 可调滑线变阻器,在直流输入电压Us=24 V、负载为5 Ω时,调整输出交流电压为36 V,然后将负载电阻为10 Ω,测量输出电压的变化范围,具体数据参见表3,经计算最大变化范围为0.283 V.负载采用50 Ω/50 W,调整输出电压测出输入输出电压和电流,并计算出效率,具体数据见表3.由表3数据可知,输出效率最低时为83.1%.逆变系统设计时,设计的功能是当检测到当电压低于20±0.5 V或高于28±0.5 V、电流超过1.7±0.1 A时,继电器断开,以实现保护的目的.经实际测试,当电流为1.7±0.05 A时,继电器断开,具备过流保护及自恢复功能.本文设计了一种基于STM32的正弦波逆变器,主要通过BOOST升压,经全桥逆变后,结合SPWM的控制转换为交流电,再进行PID调节,实现稳压功能.结合STM32和LCD12864液晶显示器,实现友好的人机交互界面.利用了过流欠压保护技术,为逆变器提供了有力的安全保障.经组装和测试后,该逆变器能够实现输入直流电压Ui=21.5~26.5 V范围时,输出频率为f0=50±0.5 Hz的交流电压U0=36±0.5 V,输出可调频率20~80 Hz,电能转换效率达83%以上,其他各项指标均达到较为满意的效果.【相关文献】[1]王兆安, 刘进军. 电力电子技术[M]. 5版. 北京: 机械工业出版社, 2013.[2]张凯, 王祥. 基于STM32的新型SPWM逆变电源[J]. 电气自动化, 2012, 34(3): 52-54.[3]吕小涛. 基于DSP的正弦波逆变电源研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2009.[4]王小龙, 陈畅, 龚敏. 一种新型过流保护电路的设计[J]. 电子与封装, 2010, 87(7): 16-19.[5]罗秦. 基于STM32的DC-AC电源设计与研究[D]. 天津: 天津理工大学, 2015.[6]宗荣芳. 基于protel DXP的电路设计仿真[J]. 电子工程师,2005, 31(1): 41-47.[7]江国栋, 徐丽萍. 基于AD型单片机的中功率升压开关稳压电源设计[J]. 南京工业职业技术学院学报, 2009, 9(2): 12-13.[8]高玉峰, 胡旭杰, 陈涛, 等. 开关电源模块并联均流系统的研究[J]. 电子工程, 2011(02): 210-212.[9]付运旭. 高频全桥逆变电源设计与测试[D]. 济南: 山东大学,2012.。
基于STM32的单相用电器分析监控装置的设计与实现
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基于STM32的单相用电器分析监控装置的设计与实现一、引言随着人们对能源的需求不断增长,对电能的高效利用和监控也变得越来越重要。
单相用电器是家庭中常见的用电设备,对其进行分析和监控可以帮助用户了解用电情况并采取相应的能源节约措施。
本文基于STM32单片机设计了一种单相用电器分析监控装置,主要包括硬件系统设计和软件系统设计两个方面。
二、硬件系统设计1.系统框架设计本系统的硬件框架主要由STM32单片机、电流传感器、电压采样电路、通信模块和显示模块等组成。
其中,STM32单片机作为控制核心,通过电流传感器和电压采样电路获取用电器的电流和电压信号,并通过通信模块将数据传输给上位机进行分析和显示。
显示模块可以实时显示用电器的电流、电压、功率等信息。
2.电流传感器设计电流传感器用于测量用电器的电流并输出相应的电压信号。
常用的电流传感器有霍尔传感器和互感器等,本系统选择互感器作为电流传感器。
互感器通过测量电流在线圈上产生的磁感应强度来获取电流的大小。
3.电压采样电路设计电压采样电路用于测量用电器的电压并输出相应的电压信号。
电压采样电路一般由电阻和电容等组成,通过对电压进行采样,可以得到电压的大小。
4.通信模块设计通信模块用于将获取的用电数据传输给上位机进行分析和显示。
本系统选择无线通信模块进行数据传输,常用的无线通信模块有Wi-Fi、蓝牙和LoRa等,可以根据具体需求选择合适的通信模块。
5.显示模块设计显示模块用于实时显示用电器的电流、电压、功率等信息。
常见的显示模块有LCD屏幕和LED灯等,可以根据实际需要选择合适的显示模块。
三、软件系统设计1.系统初始化在系统初始化阶段,首先进行STM32单片机外设的初始化,包括电流传感器和电压采样电路的配置,通信模块和显示模块的初始化设置。
2.电流和电压采样在电流和电压采样过程中,通过互感器和电压采样电路读取电流和电压的值,并进行相应的处理。
可以使用STM32内置的ADC模块进行模拟电压和电流的采样。
基于STM32的单相用电器分析监控装置的设计与实现
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图1 系统的功能结构图图2 系统的流程图6773 2019.1关重要的重用,保障了数据在远程传输的稳定性,电参数采集系统目前应用在三相交流电路中比较多,后期在智能家居,物联网生活的世界必不可少。
1 系统设计1.1 系统的功能结构图如图1所示,电参数采集系统以STM32F103ZET6单片机作为主控MCU,通过电压、电流互感器获取市电上电线变化特征参量转化为弱电参量,通过STM32内部ADC进行模数转换,并通过一系列数值计算和相应算法,得到所需的电量参数。
并通过LCDTFT彩屏实时显示出来,并增加按键以供人机交互使用。
1.2 系统的流程图图2中,电参数采集分为四个部分,分别是数据的同步、电压采集、电流采集、LCD显示。
在数据同步的过程中可上传至机智云云端,可实现用手机远程监控,同时数据也可下传至硬件电路端,通过MCU实时浮点运算,对数据进行更新与反馈。
电压与电流采集分别经过运算放大电路和相角检测电路,之后可获取相关信息,包括用电器工作的频率,以及市电总线上相位的变化。
TFTLCD显示端,不停刷新电参数显示的数据以及当前的环境数据变化,具体信息可通过按键来切换。
图3 系统电源电路图4 电压互感与电流互感信号放大电路6874ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD2019.11.3 构建开发环境MDK5编译开发环境:MDK5作为强大的编译软件,提供了丰富的内核库和单片机种类库,包含链接、下载、仿真、调试,支持多种公司的仿真器与调试器,如JLink、ST_Link、ulink等,为开发STM32单片机缩短了时间,提高了开发效率。
使用MDK5可实现对一些基于RAM内核的高级单片机的编程与调试,可以完成对ST公司的STM32F1系列的单片机的开发与调试。
ST—Lnk仿真器:在程序调试的过程中可借助ST-Link 进行程序的单步调试,大大缩短了开发过程中的难题。
2 单相用电器分析监控装置的硬件设计2.1 硬件电路设计系统电路设计包括:单片机MCU主控电路、信号采样放大电路、信号处理电路、TFT彩屏显示电路、独立按键切换电路、电源整流滤波稳压电路。
基于STM32单相正弦波逆变电源的设计
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基于STM32单相正弦波逆变电源的设计作者:唐涛杨冰李稳国兰岳旺吴航来源:《科教导刊·电子版》2018年第06期摘要针对传统线性电源输出功率低、稳定性差、带负载能力不强等问题,设计并制作了一种效率高、稳定性强的开关稳压式电源。
该开关电源系统主要是由STM32单片机、驱动模块、DC-DC升压模块、DC-AC逆变模块、采样调频模块等组成。
以DC-DC升压模块和DC-AC逆变模块为电路主拓扑,由STM32单片机产生的信号经过驱动模块放大增幅后进行控制调节,采样调频模块进行采样反馈和频率调节。
测试结果表明,该开关电源系统具有过压欠压保护功能,输出交流电压的幅值频率可调,且效率达到86%以上。
关键词 STM32单片机 DC-DC DC-AC中图分类号:G632.3 文献标识码:A0引言随着电子技术的飞速发展,各种电子装置对电源功率的要求越来越大,对电源效率和稳定性的要求也越来越高。
因此,开关电源技术得以飞速发展。
传统线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠,但它存在效率低(40%-50%)、体积大、工作温度高及调整范围小等缺点,而开关式稳压电源效率可达85%以上,且稳压范围宽。
相比传统线性稳压电源,开关电源所具有的电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点,为它在小功率范围内取代线性电源奠定了良好基础,并且还迅速地向中大功率范围推进。
文献[2]提出的开关电源稳定性好,但电源转换效率不高。
针对上述问题,本文提出了单相正弦波逆变电源的设计。
该设计主拓扑电路由DC-DC升压模块和DC-AC逆变模块构成。
其中,DC-DC升压模块采用两路B00ST并联结构,提高了输入电流,有利于电流分配调节。
而DC-AC逆变模块采用全桥逆变结构。
与半桥逆变结构相比,全桥逆变的开关电流减小了一半,在大功率场合得到了广泛应用,且稳定性更好。
本系统使用的开关管均是金属氧化物场效应管(MOSFET),该管能够有效地减少功率损耗,提高系统效率。
基于单片机的逆变电源设计
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基于单片机的逆变电源设计摘要:为了适应当今新能源发展速度,逆变电源技术也在不断更新换代。
本文介绍了一款基于STM32芯片的SPWM逆变电源系统。
采用BOOST升压技术和SPWM逆变技术,将180V的直流电转换成220V的工频优质正弦交流电。
直流电经过升压斩波电路进入控制电路,在经过LC低通滤波器,滤除高次谐波,得到频率可调的正弦波交流输出。
本系统由升压模块,逆变模块,控制模块,反馈模块,保护模块构成具有良好的性能并实现了数字智能化为家用电器提供了一种可靠、优质的交流电源。
关键词:STM32逆变电源SPWM升压斩波电路1.课题研究背景和意义在日新月异的今天,新能源的应用范围越来广阔,而对于如何将其所转化的电输入到电网或者设备所需要的稳压恒频、体积小、重量轻、噪音低、效率高的交流电成为了成为逆变电源研制领域所要解决的问题。
逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置,它的作用是将输入的高低不同压,大小不同频的电转化为电网、设备、用户所需频率的交流电输出。
目前逆变电源所跨领域之大,所涉范围之广逆变电源的改进不仅能在新能源中有着不可缺少的作用,还在车载电器、野外作业、应急抢险和移动办公中有着重要的地位;而各行各业要求着逆变电源朝着更高的效率,更低的成本和更高的可靠性,还必须环保无污染,但是传统的逆变电源难以实现以上要求。
因而研究数字化、模块化的绿色逆变电源技术对当今提出的节能,高效,绿色,环保工业口号实现具有重要意义。
1.课题研究内容本论文基于当前新能源发展活跃的背景下市场对逆变电源特定负载性能和外特性功能要求下,设计了一种还具备安全可靠、高效、高功率因素、低噪音、绿色无污染的基于STM32单片机芯片的逆变电源。
1.系统总体设计1.系统设计指标采用STM32单片机作为控制主控芯片来设计一款能产生可靠、优质的交流正弦逆变电源。
开关频率:21.5KHz输入电压:直流电48V输出电压:交流电220V/50Hz输出功率:5kw逆变效率:90%1.1.总体设计方案本文采用TL494芯片与 STM32芯片来分别控制前一部分直流升压电路和后一部分的逆变电路。
基于STM32的单相逆变器并网系统设计与实现
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徐贵鑫,金 海 浙江理工大学信息学院,浙江 杭州
收稿日期:2021年3月16日;录用日期:2021年4月8日;发布日期:2021年4月15日
摘要
本设计采用STM32单片机作为主控芯片,采用双极性SPWM调制方法,以单相全桥逆变电路为核心电路, 实现双逆变器的并网供电。提出一种新型主从控制方法,通过对主从机不同的SPWM调节速度的控制, 实现电流内环电压外环控制。提出了系统软启动以及过流之后重启动的控制思想,保证系统始终处于安 全工作状态,并且可以快速响应。通过UART完成两单片机之间通信,实现了从路输出相位跟随主路的 目标。利用SPI的通信模式与采样模块相配合,加入系统的PID算法的分段调节,实现了高精度的采样和 快速的系统闭环控制。本系统输出电压较为稳定,THD在2%以下,可以实现两逆变器输出电流按比例 分配为1:1、1:2、2:1,效率达到90%以上。
3.2. 驱动电路设计
驱动电路的意义是赋予 SPWM 能量,也就是让信号具备了一定的功率,达到 MOS 管的启动电压, 在本设计中采用的是以 IR2103 芯片为核心的驱动控制电路。该芯片是一个集成了双通道和栅极驱动的高 度集成模块,另外这款芯片是高速高压的,恰好可以满足设计的要求,轻松驱动后级的 IRF540 开关管。 这款芯片在 MOS 管的驱动电路、IFBT 的驱动方案中使用十分广泛。在此选用 5 V 的供电电压,并且在 供电端并联 1 μF 的电解电容,起滤波作用,C2 和 D1 为自举电容和自举二级管,由于后级 IRF540 的导 通电压需要,就必须设计自举电路,输出信号 Ho 与 SPWM 信号相同,输出信号 Lo 与 SPWM 信号互补。 IR2103 自举电路如图 2 所示。
Keywords
基于STM32的智能逆变电源设计
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基于STM32的智能逆变电源设计
李国洪;刘帅;李文兵
【期刊名称】《天津理工大学学报》
【年(卷),期】2015(031)006
【摘要】高性能模块化、高频数字化、智能化是逆变电源技术的方向发展.因此,本文研究并设计了一种新的逆变电源系统,利用STM32芯片具有独立的程序和存储器空间,结合该芯片的高速运算能力和强大的控制功能,采用单相全桥逆变电路,增强电路的稳定性和动态性能.实验结果表明,设计的电路系统结构简单、可靠性高、成本低、灵活性好.
【总页数】3页(P23-25)
【作者】李国洪;刘帅;李文兵
【作者单位】天津理工大学自动化学院天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室,天津300384;天津理工大学自动化学院天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室,天津300384;天津市拓朴方得科技有限公司,天津300110
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于 STM32和 HC-SR501智能家居的智能照明系统设计 [J], 王东;莫先
2.基于STM32和HC-SR501智能家居的智能照明系统设计 [J], 王东;莫先;
3.基于STM32系列单片机的数控正弦波逆变电源设计与实现 [J], 赵有以;杨美君;
孙佳成;王建民
4.基于STM32单相正弦波逆变电源的设计 [J], 唐涛;杨冰;李稳国;兰岳旺;吴航
5.基于STM32的SPWM逆变电源控制信号电路设计 [J], 蒿书利; 庹先国; 王洪辉; 余小平
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基于STM32的单相逆变器系统的设计和实现
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基于 STM32的单相逆变器系统的设计和实现辽宁工业大学电子与信息工程学院 110000摘要:本设计以STM32单片机为主控芯片,采用SPWM双极调制方式,以单相全桥逆变电路为主电路,实现双逆变器并网供电。
提出了一种新的主从控制方法,通过控制主从机SPWM调节的不同速度来实现外电路对内电路电压的电流控制。
提出控制系统软启动和过流后重启的思路,保证系统始终处于安全运行状态,并能快速反应。
两个单片机之间的通信是通过UART来完成的,实现从电路跟随主电路的输出相位,高精度采样系统的设计采用SPI通信方式实现。
关键词:单相逆变;并联均流;STM32;SPWM1引言能源是社会发展的原动力。
目前,传统化石燃料仍是现代社会使用的主要能源材料,但目前已探明的储量和消费水平无法估计长期稳定供应。
因此,化石燃料造成的能源危机和污染使可再生能源研究成为重中之重。
逆变器的工作过程是将光伏板产生的直流电流转换成稳定高效的交流电,可以直接提供给用户。
它由逆变器部分、控制部分和输出滤波部分组成。
这使得光伏逆变器的研究成为利用太阳能解决能源危机不可缺少的环节,其性能直接影响逆变器的效率和逆变器的能源质量。
微型光伏逆变器以其维护方便、安全性高等优点,被广泛应用于分布式单机光伏发电系统中。
此外,光伏转换器因其适应不同条件的能力、扩展方便和成本低而在市场上更具竞争力。
因此,要保证离网光伏发电系统高效稳定运行,开发一种可靠、高效、经济的微型光伏逆变器就显得尤为重要[1]。
2并网逆变器系统硬件设计2.1选择主控芯片本设计采用标准ARM结构、Cortex-M内核的STM32单片机作为主DSP,专为高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而设计,大大提高了信号处理效率。
STM32F103ZET6有60个中断源,可以匹配本系统中的各种外设和控制逻辑。
与其他单片机相比,具有功耗低、频率高、操作简单、调试方便、性能稳定性高等优点。
微控制器内置的UART和SPI通信模块可以满足系统中主从和交流通信的通信需求。
基于STM32单片机的单相并网逆变研究
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文章 编 号 :1674—6236(2Ol6)01一Ol41—03
Research of single phase grid.connected inverter bas ed on STM 32 SCM
LEI Xin—ying,CHANG Zhen-jie,ZHENG Tian-liang (College ofElectrical En ̄neenng ,Xi’an Aeronautical University,Xi’an 710077,China)
确 同 步 。 并 网输 出电 流 曲 线 在 最 值 附近 比其 他 地 方 明 显要 粗 。 性 能 优 秀的 STM32单 片机 非 常 适 合 用 在 逆 变 器 中。
关 键 词 :STM32;并 网 逆 变 器 ;滞 环 控 制 法 ;相 位
中图 分 类 号 :TN7l0
文 献 标 识 码 :A
摘 要 :采 用 STM32单 片机 对 并 网 逆 变器 进 行 控 制 。为 了并 网逆 变 器运 行 时 ,输 出 电流 与 电 网 电压 同频 同相 ,功 率 因数 接 近 1.使 用 滞 环 控 制 法 对 输 出 电流 进 行 控 制 。实验 表 明 通 过 调 整 给 定 电 流 的 相 位 ,可使 并 网输 出电 流 与 电 网电 压 准
并 网 逆 变 可 以 把 直 流 电变 换 为 交 流 电并 馈 送 电 网 .在 新 全 桥 桥 臂 的 IGBT的通 断 可 以 将 电 容 上 的直 流 电 变 换 为 交 流
能 源 领 域 具 有 非 常 重 要 的 地 位 ,是 太 阳能 发 电 、风 电 等 设 备 侧 的 等效 交 流 电 。再 通 过 电感 的滤 波作 用 滤 除 交 流 电 流 主 要
一种低功耗可调单相正弦波逆变电源
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一种低功耗可调单相正弦波逆变电源摘要:本次单相正弦波逆变电源是一种以STM32为核心的逆变电源系统。
系统逆变部分的SPWM控制脉冲波形完全由STM32生成,使用IR2110实现对功率管的驱动和保护,频率及电压可由LCD显示。
系统具有良好过流保护功能,以控制系统工作状态。
系统采用低功耗高效率设计,最大限度提高系统效率。
本设计达到了最高设计要求,逆变电源输出波形失真小,动态特性好,可靠性高。
关键字:逆变正弦波电源 STM32 SPWMAbstract:The single-phase sine wave inverter is a kind of STM32 core of inverter system. SPWM pulse waveform control system is completely generated by the inverter part STM32, using IR2110 realize drive and protection, frequency and voltage of the power tube by LCD display. The system has good over-current protection to control system operation. The system uses high-efficiency low-power design, to maximize system efficiency. The design meets the highest design requirements, power inverter output waveform distortion, dynamic characteristics, and high reliability.Keywords:sine wave inverter power STM32 SPWM1方案论证方案一本方案由单片机产生SPWM 波,通过全桥逆变电路直接实现DC-AC 的转换,然后利用升压式高频变压器对逆变出的交流电进行升压,最后经过低通滤波电路把升压后的交流电整成正弦波,本系统兼有电压电流和频率检测功能,可通过闭环反馈来改变SPWM 波的占空比和频率,以达到调压调频的目的。
stm32单相逆变电路原理
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stm32单相逆变电路原理STM32单相逆变电路原理概述:STM32是一款单片机系列产品,它具有强大的计算和控制能力,广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍STM32单相逆变电路的原理和工作流程。
一、逆变电路的基本原理逆变电路是将直流电能转换为交流电能的电路。
在单相逆变电路中,输入是直流电压,输出是交流电压。
二、STM32单相逆变电路的实现STM32单相逆变电路的主要组成部分有:STM32单片机、电源电路、逆变电路和输出滤波电路。
1. 电源电路电源电路负责将交流电转换为直流电,为逆变电路提供稳定的直流电源。
通常采用整流电路来实现,常见的整流电路有整流桥和滤波电容。
2. 逆变电路逆变电路将直流电转换为交流电。
在STM32单相逆变电路中,逆变电路采用的是单桥逆变电路。
单桥逆变电路由四个功率晶体管和四个二极管组成,通过控制晶体管的导通和截止,实现对输出电压和频率的控制。
3. 输出滤波电路输出滤波电路用于滤除逆变电路产生的高频噪声,使输出电压更加稳定。
常见的输出滤波电路有LC滤波电路和RL滤波电路。
三、STM32单相逆变电路的工作流程1. 初始化在STM32单相逆变电路中,首先需要对STM32单片机进行初始化设置,包括时钟设置、引脚配置、中断设置等。
通过设置STM32单片机的各种参数,来实现对逆变电路的控制。
2. 采样和测量在逆变电路中,需要对输入电压进行采样和测量。
通过ADC模块对输入电压进行采样,并通过计算得到真实的输入电压值。
3. 控制逻辑通过比较测量得到的输入电压值和设定的目标电压值,来确定逆变电路的控制策略。
控制逻辑可以采用PID控制、模糊控制等算法,以实现对输出电压的精确控制。
4. 控制信号生成通过控制逻辑计算得到的控制信号,控制逆变电路中的功率晶体管的导通和截止。
控制信号的生成可以通过PWM信号生成模块实现,根据控制信号的占空比来控制功率晶体管的导通时间和截止时间,从而控制输出电压的大小和频率。
基于STM32单片机的单相并网逆变研究
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基于STM32单片机的单相并网逆变研究雷新颖;常振杰;郑天良【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2016(000)001【摘要】采用STM32单片机对并网逆变器进行控制。
为了并网逆变器运行时,输出电流与电网电压同频同相,功率因数接近1,使用滞环控制法对输出电流进行控制。
实验表明通过调整给定电流的相位,可使并网输出电流与电网电压准确同步。
并网输出电流曲线在最值附近比其他地方明显要粗。
性能优秀的STM32单片机非常适合用在逆变器中。
%Single phase grid-connected inverter is controlledby STM32 SCM. When the inverter is connected with the Grid, in order to the frequency and the phase of the output current is as will as the Grid voltages' and the power factor is nearly 1, the output current is controlled used the hysteresis control. The result show that the accurate synchronism of the output current phase between the Grid voltage phase will appear by means of changing the phase of the set up current. The curve of the output current wave is wider obviously in the nearby maximum or minimum position than others position. It is very fit that the perfect STM32 SCM is used in the inverter.【总页数】3页(P141-143)【作者】雷新颖;常振杰;郑天良【作者单位】西安航空学院电气学院,陕西西安 710077;西安航空学院电气学院,陕西西安 710077;西安航空学院电气学院,陕西西安 710077【正文语种】中文【中图分类】TN710【相关文献】1.基于比例谐振和谐波补偿控制技术的单相逆变并网研究 [J], 张淼;苏协飞2.基于改进型电流控制策略的单相并网逆变装置研究 [J], 曾晓生;杨苹3.基于解耦控制的单相并网逆变控制算法 [J], 蔡逢煌;江彦伟;王武4.基于FPGA的可调单相逆变并网电源 [J], 宋梦欣;刘一清5.基于自抗扰控制的单相光伏并网逆变控制器设计 [J], 许晋飞;刘德君;薛若楠因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于STM32数字化逆变电源设计
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摘要逆变电源是电源领域中的重要部分。
传统逆变电源为模拟控制,由于模拟控制系统的缺陷是结构复杂、易受干扰以及难以调试等,相对而言数字化控制系统的优势在于结构简单、控制精度高以及容易进行算法升级等,所以逆变电源数字化是逆变电源的升级方向。
对逆变电源而言,高性能微处理器是全数字化控制核心。
所以研究设计基于 STM32 微处理器的逆变电源具有应用的价值与现实的意义。
首先,文章讲解了课题研究背景与目的,电源发展的现状,存在的一些问题以及逆变电源未来的发展走向。
然后分析了 SPWM 的调制技术,包括单极性控制与双极性控制,而且对二者进行了分析比较,结合本设计要求确定了调制方法。
然后描述了逆变电源的数字控制策略研究现状,并详细描述了数字 PID 技术及其在逆变电源系统中的应用。
其次,详细说明了以 STM32 为控制核心的逆变电源主电路设计过程:首先详细分析了逆变电源主要的拓扑结构以及它的原理,选择了电压源型逆变电源主电路结构和以 STM32 为控制核心的控制电路。
将逆变电源硬件电路分解为逆变主电路、控制电路及辅助电路等进行详细分析与设计,其中重点介绍了主电路和控制电路的设计过程,给出了输入滤波电容,输出滤波器和高频变压器的计算公式以及设计参数。
然后,对逆变电源系统软件部分进行了设计。
描述了 STM32 的开发平台 Keil MDK 的开发特点;给出了逆变电源控制系统软件的主程序流程,对 SPWM 信号发生程序进行了详细的分析;然后详细阐述了 ADC 模块及数字 PID 程序的设计过程,并且对串口通信程序进行了设计,对于各个子程序给出了程序流程图。
最后,对试验样机进行调试,说明了模块调试方法,并对得到的试验结果进行了分析。
关键词:逆变电源 STM32 全桥 PID 控制 ADC 模块ABSTRACTInverter power supply is a key part of power supply. Traditional inverter power supply for analog control, due to the defects of analog control system is complex, are susceptible to interference and difficult to debug, digital control system has the advantage of relatively simple structure, high control precision and easy to upgrade the algorithm, so the inverter power supply digital inverter power supply upgrade direction. For inverter power supply, high performance microprocessor is the core of digital control. Therefore, the research design is based on the application value and practical significance of the inverter power supply based on STM32 microprocessor.Firstly, the paper introduces the background and purpose of the research, the current situation of power supply, the existing problems and the future development trend of inverter power supply. Then the SPWM modulation technique, including single polarity control and bipolar control, is analyzed and compared, and the modulation method is determined by combining the design requirements. Then the research status of digital control strategy of inverter power supply is described, and the digital PID technology and its application in inverter power supply system are described in detail.Second, details the STM32 as control core of inverter power supply main circuit design process: first, inverter power supply are analyzed in detail the main topology structure and the principle of choosing the voltage source type inverter power supply main circuit structure and control circuit with the STM32 as the core. The inverter power supply hardware circuit is decomposed into inverter main circuit, control circuit and auxiliary circuit, etc. A detailed analysis and design, which focuses on the design process of main circuit and control circuit, the input filter capacitor is given, and the calculating formula of high frequency transformer and output filter design parameters.Then, the software part of inverter power supply system is designed. The development features of Keil MDK, the development platform of STM32, aredescribed. The main program flow of inverter power control system software is given, and the SPWM signal generator is analyzed in detail. Then the design process of ADC module and digital PID program is described in detail, and the serial port communication program is designed, and the program flow chart is given for each subroutine.Finally, the test prototype is debugged, the module debugging method is explained, and the results obtained are analyzed.Key words:sediment;rigid vegetation;settling velocity;turbulence characterize目录第一章绪论1.1 课题的研究背景及意义............................................. 1.2 逆变电源的发展概况............................................... 1.3 逆变电源的发展方向...............................................1.4 论文主要章节和内容安排............................................第二章逆变电源控制方案研究模型建立2.1电路模型........................................................2.2 SPWM 技术.......................................................2.3仿真模型........................................................2.3逆变电源控制方案 .............................................第三章逆变电源硬件电路设计3.1 逆变电源系统结构设计............................................. 3.2 逆变电源主电路设计.............................................3.3 主控芯片的选取.............................................第四章逆变电源系开统软件设计....................................4.1 Keil MDK集成发环境简介...........................................4.2 控制系统整体软件设计.............................................4.3 系统模块初始化部分.............................................4.4正弦波信号的产生................................................. 4.5数字PI控制算法.................................................. 4.6试验样机调试结果分析.............................................第五章总结与展望.............................................参考文献.............................................发表论文和科研情况说明.............................................致谢第1章绪论1 .1 课题的研究背景及意义在中国民众经济迅速[1]发展和国内国外能源供给不足的局面下,为了提高利用清洁环保能源,电源技术的发展需要得到我们的重视。
基于STM32的逆变电源设计
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目录长江大学毕业设计(论文)任务书........................................................ 错误!未定义书签。
毕业论文(设计)开题报告 ..................................................................... 错误!未定义书签。
长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见................................................................ X XV 长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语.. (XXVI)长江大学毕业论文(设计)答辩会议记录 (XXVII)摘要 ....................................................................................................................................... X XVIII 前言 ........................................................................................................................................... X XX 第一章绪论 (32)1.1课题研究背景 (32)1.2国内外感应加热电源现状和应用前景 (34)1.2.1感应加热技术发展现状 (34)1.2.2感应加热电源技术的发展趋势 (35)1.3课题主要的研究内容 (37)1.3.1感应加热电源逆变部分 (37)1.3.2基于STM32F4单片机的控制器的设计 (37)1.3.3基于IAR开发环境的STM32软件的设计 (38)第二章STM32数字逆变系统的设计方法 (38)2.1 STM32数字逆变系统的总体结构 (38)2.1.1 STM32数字逆变系统结构框图的主要组成 (38)2.1.2 STM32数字逆变系统工作原理说明 (39)2.2 STM32数字逆变系统的主要结构详细介绍 (39)2.2.1 单相桥式并联谐振逆变电路 (39)2.2.2检测反馈单元 (42)2.2.3 STM32控制单元 (45)2.2.4 感应加热原理分析 (46)2.3 相关参数分析 (47)2.4 基于STM32F407的最小系统设计 (50)2.4.1 时钟电路设计 (50)2.4.2 复位电路设计 (50)2.4.3 程序下载接口电路设计 (51)2.4.4 最小系统设计 (52)第三章STM32F407程序设计 (53)3.1 STM32数控逆变器的总体程序设计 (53)3.1.1程序流程图 (53)3.1.2主函数程序分析 (54)3.2 STM32各程序模块的设计 (55)3.2.1数字化逆变器启动 (55)3.2.2逆变稳定运行 (60)3.2.3电压信号相位错误处理 (62)一.容错处理 (62)二.错误报警与保护 (62)3.2.4数字化逆变器停止 (63)第四章STM32逆变电源系统的软件调试与结论 (64)4.1 STM32F407-discovery开发板 (65)4.2 IAR开发软件与调试和下载界面 (65)4.3系统调试结果 (66)结论 (69)参考文献 (70)致谢 (72)导教师/职称叶献方\副教授1.毕业设计(论文)题目:基于STM32的逆变电源设计2.毕业设计(论文)起止时间:2014年3月3 日~2014 年5月30日3.毕业论文(设计)所需资料及原始数据(指导教师选定部分)[1] 康华光.电子技术基础.模拟部分[M].高等教育出版社,2006:66-284[2] 周俊杰,钱晓耀,陈上挺.一种基于PIC系列单片机的SPWM逆变电源[J].机电工程,2008,25(4):99-101.[3] ZHANG Kai-ru、XING Cheng-cheng、LIU Xiang-nan. A type of inverter power supply based on harmonic elimination PWM control. Shandong University of Science and Technology, 2013,25(3):1674-8042.[4] 廖冬初,聂汉平《电力电子技术》华中科技大学出版社2008年.[5] 谭浩强《C语言程序设计》清华大学出版社2004年.[6] 李宁《基于MDK的STM32处理器的开发应用》北京航空航天大学出版社出版2008年.[7] 丁卫东,郭前岗,周西峰.一种基于FPGA的SPWM波的实时生成方法[J].计算机技术与发展,2001.21(2):211-214.[8] 徐健,赵冬娥,邓均,等. 复杂可编程器件和单片机在坐标测试中的应用[J].探测与控制学报,2010,32(3):61-64.[9] STM32F407系列参考手册高性能数字信号控制器.4.毕业论文(设计)应完成的主要内容1)查阅与课题有关的近五年的文献并做好记录。
基于ARM32单相逆变电源的设计与实现
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[收稿日期]2020-04-21[基金项目]安徽省大规模在线开放课程(MOOC)示范项目“电源技术基础”(项目编号:2017mooc316);合肥学院大规模在线开放课程(MOOC)示范项目“电源设计制作”(项目编号:2017mooc002);合肥学院教研项目“工程认证背景下,以电子设计竞赛为驱动,培养应用型人才的模拟电子技术教学改革与实践”(项目编号:2018hfjyxm43);合肥学院教研项目“以专业认证为导向的电子技术II模块教学改革深耕”(项目编号:2018hfjyxm27)。
[作者简介]李翠花(1978-),女,安徽砀山人,副教授,主要研究方向为电磁场微波技术及电路设计。
基于ARM32单相逆变电源的设计与实现李翠花,潘若云,周泽华,李 瑶(合肥学院先进制造工程学院,安徽合肥230601)[摘要]逆变电源是电力电子中的关键技术,研究基于ARM32的单相逆变电源具有十分重要的工程实用价值。
单相逆变电源主要采用的是全桥逆变结构,通过ARM32微处理器产生两路反向互补SPWM波,经过IR2109驱动模块输出四路互补的SPWM波,其分别推挽驱动全桥逆变结构中的四个MOS管的通断,完成电压直流到交流的转换,A/D采集模块实时监控逆变后的电流和电压,将采集数据反馈给ARM32,通过改变输出SPWM的占空比保护整个电路的安全。
本设计基本达到指标要求,实现了用ARM32微处理器控制,将12V的直流电转换成50HZ、5V的正弦交流电,同时,增加了变频(50~100Hz)、变压(1~10V)的功能,实现了数字化控制。
[关键词]逆变电源;数字化控制;ARM32;SPWM;全桥逆变[中图分类号]TM464 [文献标识码]A [文章编号]1671-5330(2020)05-0090-040 引言DC-AC逆变电源是从低电压的直流电源中获取交流电能,运用到电子设备中[1],提高人们生产生活的效率[2]。
本设计采用ARM32微处理器产生占空比可变的SPWM波,全桥逆变结构,以STM32F103C8T6单片机为控制核心,接收电流和电压的两路闭环反馈,通过调节输出SPWM占空比来控制输出电压波形达到标准正弦电压波形[3-5],从而得到高效率、高质量的电能。
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基于stm32单片机的单相有源逆变电路的设计
基于STM32单片机的单相有源逆变电路的设计可以分为以下
几个步骤:
1. 选择逆变拓扑结构:根据需求选择合适的逆变拓扑结构,常见的有全桥逆变、半桥逆变等。
在选择时要考虑电路的效率、功率损耗、成本等因素。
2. 选择电源电压:确定输入电压范围,根据电源电压的不同,选择合适的电源处理电路,如滤波电路、电压稳压电路等。
3. 设计控制电路:使用STM32单片机作为控制器,设计相应
的控制电路。
该电路主要用于监测输入电压、输出电流、温度等参数,并实现对逆变桥开关管的控制,从而控制输出电压和输出频率。
4. 选择DC/AC逆变器模块:根据需要选择合适的逆变器模块,该模块通常由IGBT、二极管等组成,用于将直流电转换为交
流电。
5. 完善保护电路:设计逆变电路时,还需要考虑电路的过流、过压、过温等保护措施,以保证电路的安全可靠运行。
6. PCB设计和布局:将电路进行PCB设计和布局,使得电路
结构紧凑、布局合理,可控制电磁干扰。
7. 软件编程:使用STM32单片机的软件开发工具进行编程,
实现控制电路的功能和保护措施。
8. 调试和测试:对设计的逆变电路进行调试和测试,验证电路的性能和功能是否符合设计要求。
以上是基于STM32单片机的单相有源逆变电路的一个基本设计流程,具体的设计还需要根据实际需求进行调整和优化。