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ARMSTM32F107的全数字控制逆变器设计

发布时间:2020-07-21 17:50:07 阅读: 来源:漆包线厂家

1.系统总体方案

本文引用地址: 总体设计框图

如图1 所示,逆变器系统由升压电路、逆变电路、控制电路和反馈电路组成。低压直流电源DC12V经过升压电路升压、整流和滤波后得到约DC170V高压直流电,然后经全桥逆变电路DC/AC转换和LC滤波器滤波后得到AC110V的正弦交流电。

逆变器以ARM控制器为控制核心,输出电压和电流的反馈信号经反馈电路处理后进入ARM处理器的片内AD,经AD转换和数字PI运算后,生成相应的SPWM脉冲信号,改变SPWM的调制比就能改变输出电压的大小,从而完成整个逆变器的闭环控制。

1.2 SPWM方案选择

1.2.1 PWM电源芯片方案

采用普通的PWM电源控制芯片,如SG3525,TL494,KA7500等,此类芯片的优点是能够直接的产生脉宽调制信号,但是它缺点是波形线性不好,而且振荡发生器是依赖充放电电路而产生波形,当要PWM芯片产生SPWM信号需要附加额外很多电路。

1.2.2 CPU软件方案

采用CPU产生SPWM脉冲,如单片机、ARM或DSP等,此种方法的优点是脉宽可以通过软件的方式来调节,不仅精度较高,而且外围电路也很简单便宜。

终上所述,选择STM32F107(ARM)完成SPWM脉冲的产生和整个逆变器的控制。2.系统硬件电路设计

2.1 CPU控制器

CPU是整个逆变器的核心部分,主要负责反馈信号的采集、数字PI闭环计算、PWM波输出、参数设置和外部通信。CPU采用的是ST公司最新推出的STM32F107系列ARM芯片。该系列芯片采用ARM公司32位的Cortex M3为核心,最高主频为72MHz,Cortex核心内部具有单周期的硬件乘法和除法单元,所以适合用于高速数据的处理。芯片具有三个独立的转换周期,最低为1μs的高速模数转换器,三个独立的数模转换器带有各自独立的采样保持电路,所以特别适合三相电机控制、数字电源和网络应用。芯片还带有丰富的通讯单元,包括1个以太网接口、5个异步串行接口、1个USB从器件、1个CAN器件、I2C和SPI等模块。

2.2 驱动和逆变电路

逆变主电路如图2所示采用基于H桥的单相全桥逆变电路。单相全桥逆变电路主要由Q1、Q2、Q3、Q4四个MOSFET构成。在AC于OUT之间如果加入负载就构成了逆变回路。控制Q1、Q2、Q3、Q4按一定的顺序导通、截止就能够得到所要的正弦波形。

对于本设计,开关管的选择主要以它的额定电压和额定电流为依据。这里选择额定电压为500V,额定电流为20A的IRFP460N沟道增强型MOS管为开关管。可满足设计的要求。为了限制MOSFET门极的驱动电流,需要在门极串联限流电阻,防止由过流导致的器件损坏。

2.3 滤波电路

经过两路SPWM信号的驱动在负载电阻上产生的电压波形是按正弦规律变化的方波。它是一个双极性的SPWM波形。实际需要的是频率为50Hz的正弦波,因此需要将SPWM波进行滤波。一般的PWM逆变器采用LC低通滤波器。对于LC滤波器的设计,首先考虑滤波器的截止频率,LC滤波器的截止频率见式(1)。

综合考虑滤波器输出电压谐波失真度、系统的动态响应以及体积、重量等因素,选取截止频率。

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