韓政霖

【摘 要】微電網(wǎng)模擬系統(tǒng)，以STM32為核心控制芯片，通過ir2110芯片及mos管產(chǎn)生三相逆變正弦波電源。

【關(guān)鍵詞】IR2110；SPWM；三相逆變；AD采集

引言

采用STM32ZET6輸出三相spwm，通過IR2110驅(qū)動(dòng)電路及MOS管搭成的逆變器系統(tǒng)，產(chǎn)生三相正弦波，滿足基本要求。通過stm32ZET6AD采樣，與負(fù)載及stm32zet6自身方波信號構(gòu)成反饋，通過調(diào)節(jié)PWM的占空比及定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出及三相正弦波。系統(tǒng)能自動(dòng)外部電源電壓變化，系統(tǒng)具有過流、過壓保護(hù)功能，并可對輸出電壓、電流進(jìn)行測量。

一、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要由脈沖發(fā)生模塊、逆變模塊、AD采集模塊、電源模塊組成，下面分別論證這幾個(gè)模塊的選擇。

（一）脈沖發(fā)生模塊

SPWM正弦脈寬調(diào)制法是在PWM這項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，特點(diǎn)是原理簡單，通用性強(qiáng)，具有開關(guān)頻率固定，能消除諧波中的高次諧波分量。SPWM技術(shù)成為目前應(yīng)用最為廣泛的逆變用PWM技術(shù)。

STM32F103ZET6產(chǎn)生SPWM。STM32系列32位閃存微控制器使用了ARM公司最新的Contex—M3內(nèi)核，該內(nèi)核集高性能、低功耗、低成本于一體，能夠應(yīng)用于諸多嵌入式領(lǐng)域。對于PWM控制，STM32具有獨(dú)特的優(yōu)勢，即定時(shí)器可產(chǎn)生6路PWM輸出，具有互補(bǔ)輸出和死區(qū)控制；具有硬件上的乘法和除法單周期指令；STM32的嵌套向量中斷控制器把中斷之間延遲降到6個(gè)CPU等。采用STM32F103ZET6產(chǎn)生SPWM的設(shè)計(jì)方法，電路簡單，直接利用軟件編程即可產(chǎn)生SPWM信號，降低了系統(tǒng)對硬件電路的要求，可靠性高，成本低，開發(fā)周期短。

（二）逆變模塊

MOSFET金屬—氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。MOSFET是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管。MOS管一般用于小功率電路，開關(guān)頻率很高。驅(qū)動(dòng)部分采用IR2110驅(qū)動(dòng)電路。IR2110的輸出可以對MOS管進(jìn)行快速驅(qū)動(dòng)。

（三）AD采集模塊

STM32自帶AD轉(zhuǎn)換。STM32自帶的12位AD轉(zhuǎn)換方便了硬件工程師的開發(fā)，省去了AD轉(zhuǎn)換芯片，使外圍電路更加簡單。

二、系統(tǒng)理論分析與計(jì)算

（一）SPWM調(diào)制技術(shù)的分析

圖1是SPWM變頻器的主電路，圖中VTl～VT6是逆變器的六個(gè)功率開關(guān)器件（在這里畫的是IGBT），各由一個(gè)續(xù)流二極管反并聯(lián)，整個(gè)逆變器由恒值直流電壓U供電。它的控制電路，是一組三相對稱的正弦參考電壓信號，由參考信號發(fā)生器提供，其頻率決定逆變器輸出的基波頻率，應(yīng)在所要求的輸出頻率范圍內(nèi)可調(diào)。參考信號的幅值也可在一定范圍內(nèi)變化，決定輸出電壓的大小。三角載波信號是共用的，分別與每相參考電壓比較后，給出“正”或“零”的飽和輸出，生SPWM脈沖序列波，作為逆變器功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)控制信號。

（二）IR2110半橋驅(qū)動(dòng)電路原理分析

IR2110用于驅(qū)動(dòng)半橋的電路如圖2所示。圖中C1、VD1分別為自舉電容和二極管，C2為VCC的濾波電容。假定在S1關(guān)斷期間C1已充到足夠的電壓（VC1≈VCC）。當(dāng)HIN為高電平時(shí)VM1開通，VM2關(guān)斷，VC1加到S1的門極和發(fā)射極之間，C1通過VM1，Rg1和S1門極柵極電容Cgc1放電，Cgc1被充電。此時(shí)VC1可等效為一個(gè)電壓源。當(dāng)HIN為低電平時(shí)，VM2開通，VM1斷開，S1柵電荷經(jīng)Rg1、VM2迅速釋放，S1關(guān)斷。經(jīng)短暫的死區(qū)時(shí)間（td）之后，LIN為高電平，S2開通，VCC經(jīng)VD1，S2給C1充電，迅速為C1補(bǔ)充能量。如此循環(huán)反復(fù)。

三、電路與程序設(shè)計(jì)

（一）程序的設(shè)計(jì)

1.程序功能描述與設(shè)計(jì)思路

（1）程序功能描述

根據(jù)題目要求軟件部分主要實(shí)現(xiàn)鍵盤的設(shè)置。

鍵盤實(shí)現(xiàn)功能：設(shè)置反饋調(diào)節(jié)參數(shù)。

（2）程序設(shè)計(jì)思路

由正弦表和PWM生成SPWM提供給電路輸入信號，同時(shí)利用單片機(jī)自帶的A/D進(jìn)行輸出波形采集然后進(jìn)行計(jì)算反饋計(jì)算調(diào)節(jié)SPWM幅值形成閉環(huán)控制。

四、結(jié)論

該電源采用STM32zet6輸出三相方波，通過IR2110驅(qū)動(dòng)電路及MOS管搭成的逆變器系統(tǒng)，產(chǎn)生三相正弦波，滿足基本要求。通過stm32zet6AD采樣，與負(fù)載及stm32zet6自身方波信號構(gòu)成反饋，通過調(diào)節(jié)PWM的占空比及定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出及三相正弦波。系統(tǒng)能自動(dòng)外部電源電壓變化，系統(tǒng)具有過流、過壓保護(hù)功能，并可對輸出電壓、電流進(jìn)行測量。