基于STM32的正弦波逆变器

只看该作者 · 2024-5-31 14:40

设计一个基于STM32的正弦波逆变器涉及以下几个主要部分：STM32微控制器控制部分、正弦波生成部分、功率逆变部分、以及滤波和保护电路。以下是设计的详细步骤和电路示例：

1. 系统概述
一个典型的正弦波逆变器系统包括以下部分：

输入电源：通常为直流电源，如电池。
STM32微控制器：用于生成正弦波控制信号。
PWM生成和驱动电路：STM32生成的PWM信号通过驱动电路控制功率MOSFET或IGBT。
功率逆变器：通过H桥或全桥拓扑实现直流到交流的转换。
滤波电路：LC滤波器将PWM信号平滑为纯正弦波。
保护电路：包括过压、过流和短路保护。

只看该作者 · 2024-6-30 14:40

设计步骤
2.1 STM32 微控制器
选择STM32微控制器，如STM32F103系列，配置其外设以生成PWM信号：

使用定时器生成PWM信号。
使用DAC或软件算法生成正弦波表。
使用ADC监控输出电压和电流（用于保护和反馈控制）。

只看该作者 · 2024-6-30 14:41

PWM生成
配置STM32定时器生成PWM信号。示例代码（使用HAL库）：

c

// 定义正弦波表
#define SINE_TABLE_SIZE 256
uint16_t sine_table[SINE_TABLE_SIZE];

// 初始化正弦波表
void InitSineTable() {
for (int i = 0; i < SINE_TABLE_SIZE; i++) {
sine_table[i] = (uint16_t)((sin(2 * M_PI * i / SINE_TABLE_SIZE) + 1) * (PWM_MAX / 2));
}
}

// 配置PWM
void InitPWM() {
TIM_HandleTypeDef htim;
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;

// 初始化定时器
__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();
htim.Instance = TIM2;
htim.Init.Prescaler = 0;
htim.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim.Init.Period = PWM_PERIOD;
htim.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
HAL_TIM_PWM_Init(&htim);

// 配置PWM通道
sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse = 0;
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

// 启动PWM
HAL_TIM_PWM_Start(&htim, TIM_CHANNEL_1);
}

// 更新PWM占空比
void UpdatePWM(uint16_t value) {
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim, TIM_CHANNEL_1, value);
}

只看该作者 · 2024-6-30 14:41

功率逆变器
使用全桥或H桥电路。H桥电路通常由四个MOSFET组成。示意图如下：

yaml
      DC+
      |
      | |
      | |
      M1 M2
      | |
      +--- AC Output
      | |
      M3 M4
      | |
      | |
      DC-

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STM32的PWM输出控制M1和M4的开关，另外的PWM输出控制M2和M3的开关。

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滤波电路
设计LC滤波器以平滑PWM信号，得到纯正弦波。

plaintext

   H桥输出
      |
      L
      |
      +--- AC Output
      |
      C
      |
      GND

选择合适的L和C值以实现所需的滤波效果。

只看该作者 · 2024-6-30 14:42

2.5 保护电路
设计过压、过流和短路保护电路，使用运算放大器和比较器实现。

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电路设计
3.1 原理图
使用Altium Designer绘制原理图，包括STM32微控制器、PWM驱动电路、H桥、LC滤波器和保护电路。

3.2 PCB设计
布局元件：确保电源和地平面的完整性，关键路径尽量短。
布线：功率部分使用较宽的布线，信号部分避免干扰。

只看该作者 · 2024-6-30 14:42

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H桥逆变器部分：
plaintext

   +DC
      |
   M1
      |--- PWM1
   M2
      |
   AC Output
      |
   M3
      |--- PWM2
   M4
      |
   GND

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LC滤波器：
plaintext

   AC Output
      |
      L
      |
      +--- AC Output
      |
      C
      |
   GND

只看该作者 · 2024-6-30 14:42

软件设计
使用STM32CubeMX生成初始化代码，使用HAL库或LL库编写控制算法。

5. 调试与测试
使用示波器检查PWM信号和滤波后的正弦波输出。
调整PWM频率和滤波参数以优化输出波形。
通过以上步骤，你可以设计和实现一个基于STM32的正弦波逆变器。确保电路设计和软件实现符合预期，以获得稳定的正弦波输出。

只看该作者 · 2024-8-31 17:57

STM32生成的PWM信号用于控制功率MOSFET或IGBT