該全數字式正弦波逆變電源的設計方案分為前後兩級，前級采用推挽升壓電路將輸入的直流電升壓到350V左右的母線電壓，後級采用全橋逆變電路，逆變橋輸出經濾波器濾波後，用隔離變壓器進行電壓采樣，電流互感器進行電流采樣，以形成反饋環節，增加電源輸出的穩定性。升壓級PWM驅動及逆變級SPWM驅動均由STM32單片機產生

，減小了硬件開支。基於上述方案試製的400W樣機，具有輸出短路保護、過流保護及輸入過壓保護、欠壓保護功能
，50Hz輸出時頻率偏差小於0.05Hz，滿載(400W)效率高於87%，電壓精度為220V±1%
，THD小於1.5%。

逆變電源應用廣泛，特別是精密儀器對逆變電源的性能要求更高。高性能逆變電源不僅要求工作穩定、逆變效率高、輸出波形特性好、保護功能齊全，還要求逆變電源小型化
、智能化、並且具備可擴展性。文中提出一種基於STM32係列單片機STM32F103VE的純數字式正弦逆變電源，該電源的全部功能由單片機控製實現，具有輸出電壓


、頻率穩定，效率高，保護功能齊全的特點。

係統設計

係統的整體框架如圖1所示。係統采用高頻逆變方案，即前級升壓加後級逆變的結構，這樣可以避免使用笨重的工頻變壓器
，有效的降低了電源的體積、重量及成本
，提升電源的效率。電路的工作原理是
，12V的直流輸入電壓經過濾波後由推挽升壓和全橋整流升壓到350V的直流母線電壓
，再經過全橋逆變電路轉變為220V/50Hz的工頻交流電
，采樣電路對相應點進行采樣
，以實現閉環控製及保護功能。
由you於yu大da電dian流liu條tiao件jian下xia，功gong率lv管guan驅qu動dong信xin號hao占zhan空kong比bi過guo小xiao會hui導dao致zhi發fa熱re嚴yan重zhong，效xiao率lv降jiang低di，故gu逆ni變bian電dian源yuan的de前qian級ji采cai用yong準zhun開kai環huan的de控kong製zhi方fang式shi，即ji輸shu入ru電dian壓ya在zai一yi定ding範fan圍wei內nei時shi，驅qu動dong信xin號hao占zhan空kong比bi開kai到dao最zui大da並bing保bao持chi不bu變bian，輸shu入ru電dian壓ya過guo高gao時shi，減jian小xiao占zhan空kong比bi，維wei持chi母mu線xian電dian壓ya在zai一yi定ding範fan圍wei內nei。這zhe樣yang做zuo的de好hao處chu是shi
，可ke以yi使shi前qian級ji升sheng壓ya獲huo得de較jiao高gao的de效xiao率lv。
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係統硬件設計

逆變電源硬件結構如圖2所示。主要包括直流推挽升壓電路
、正弦逆變電路、輸出濾波電路、驅動電路、采樣電路
、主zhu控kong製zhi器qi和he點dian陣zhen液ye晶jing構gou成cheng。其qi中zhong

，直zhi流liu升sheng壓ya部bu分fen將jiang輸shu入ru電dian壓ya升sheng高gao至zhi輸shu出chu正zheng弦xian交jiao流liu電dian的de峰feng值zhi以yi上shang的de母mu線xian直zhi流liu電dian壓ya
，正zheng弦xian逆ni變bian部bu分fen將jiang母mu線xian直zhi流liu電dian壓ya逆ni變bian後hou經jing輸shu出chu濾lv波bo電dian路lu得de到dao正zheng弦xian式shi交jiao流liu電dian


，采cai樣yang電dian路lu則ze對dui母mu線xian電dian壓ya、母線電流、輸出電壓、輸出電流
、輸入電壓進行采樣，以實現短路保護、過壓欠壓保護、過流保護、閉(bi)環(huan)穩(wen)壓(ya)等(deng)功(gong)能(neng)。驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)的(de)功(gong)能(neng)是(shi)將(jiang)驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)的(de)邏(luo)輯(ji)電(dian)平(ping)進(jin)行(xing)匹(pi)配(pei)放(fang)大(da)，以(yi)滿(man)足(zu)驅(qu)動(dong)功(gong)率(lv)管(guan)的(de)要(yao)求(qiu)。控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)的(de)功(gong)能(neng)是(shi)產(chan)生(sheng)驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)，並(bing)對(dui)采(cai)樣(yang)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)，以(yi)實(shi)現(xian)複(fu)雜(za)的(de)係(xi)統(tong)功(gong)能(neng)。點(dian)陣(zhen)液(ye)晶(jing)的(de)功(gong)能(neng)是(shi)顯(xian)示(shi)係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)信(xin)息(xi)，如(ru)果(guo)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)、電流以及保護信息等。
1)主控製器

主控製器選用STM32F103VE增強型單片機，STM32係列單片機是意法半導體公司專門為高性能
、低成本、低功耗的嵌入式應用設計的產品。此單片機采用哈佛結構
，使處理器可以同時進行取址和數據讀寫操作，處理器的性能高達1.25MIPS/MHz。支持單周期硬件乘除法，最高時鍾頻率72M，最大可達512kB片上Flash及64kB片上RAM。同時具有多達30路PWM及3個12位精度的ADC等眾多適合做逆變及電機驅動的外設。在本係統中用於產生PWM

、SPWMqudongxinhao
，bingduicaiyangxinhaojinxingchuli
，yiwanchengwenyafankuijibaohugongneng，bingqudongdianzhenyejingxianshixitongxinxi。kaolvshijidegonglvguanjiqudongxinpiandesudu

，shengyaPWM波的頻率為20kHz，逆變SPWM波的頻率為18kHz。根據調製方法的不同，SPWM驅動信號形式可以分為：雙極性、單極性和單極性倍頻。由於雙極性調製失真度小
，故本設計中SPWM采用雙極性驅動方式。

2)點陣液晶

選用LPH7366型點陣液晶
，具有超低功耗的特點。用於顯示係統當前的工作狀態，如輸出電壓、輸出電流、輸入電壓等信息。同時指示係統是否處於保護以及處於何種保護狀態。

3)輔助電源

為係統不同部分提供不同的電壓電需求，由直流輸入電壓經LM2596—5V降壓到5.0V後一部分為采樣電路供電
，另一部分經LDO穩壓器LM117—3.3V穩壓到3.3V供處理器及點陣液晶使用。同時
，由推挽變壓器的一個輔助繞組得到20V左右的電壓，經整流濾波及LM2596-ADJ穩壓到15V後供驅動電路使用。

4)驅動電路
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選用東芝半導體公司生產的高速光耦隔離型IGBT/MOSFET驅動芯片TLP250。TLP250具有隔離電壓高
、驅動能力強

、開關速度快等特點。驅動電路的原理圖如圖3所示。
在推挽升壓驅動(U1、U2)中
，TLP250負責驅動信號幅值與電流的匹配



，而對於全橋逆變驅動(U3
、U4、U5、U6)，不但要考慮驅動電平和驅動能力

，還要考慮好上下管驅動信號的隔離問題。為簡化設計，全橋逆變的上管驅動(U3、U5)采用了自舉供電的方式，減少隔離電源的使用數目。

對逆變橋的驅動電路
，為避免上下管直通，設計中需要考慮死區問題。STM32單片機的PWMmokuaijuyousiqugongneng，benshejicaiquleruanjiansiqufangfa。zheyangzuodelingyigehaochushi
，duibutongdegonglvguanzhixugaibianruanjianshejijikehuodezuijiadesiqucanshu。

5)采樣電路

shuchudianyacaiyangyongyufankuiwenya，shuchudianliucaiyangyongyuguozaibaohu，muxiandianliucaiyangyongyuduanlubaohu
，muxiandianyacaiyangyongyuxianzhimuxiandianyaxugao，shurudianyacaiyangyongyushuruguoya/欠壓保護。輸出采樣中使用了電流互感器與電壓互感器，大大減小了係統幹擾，提高了係統的可靠性。取樣電路的原理圖如圖4所示。
對於輸出電流取樣，本設計中使用了5A/5mA電流互感器。由於電流互感器的輸出為毫伏級的交流信號，為了能夠被單片機內部AD模塊采集到，必須將其整流成直流信號並加以放大。而普通二極管整流電路對毫伏級電壓是無效的，因此，此處采用了由運算放大器(U11，LM358)構成的小電壓整流電路。實際測試表明，該電路有效解決了毫伏級信號的采樣問題。
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係統軟件設計

為了提高係統的可讀性以及代碼效率，軟件采用狀態機思想設計，圖5所示為係統的狀態轉換圖。係統上電複位後進入SAMPLE采樣狀態，若檢測到采樣完成標誌FINISH則進入JUDGE狀態進行判斷，如果FAULT不為0即有故障信號(過壓/欠壓、過載

、短路)，則進入PROTECT狀態關閉輸出，並跳轉到WAIT狀態等待故障信號消除。當故障信號消除後
，係統軟重啟，開始新的采樣及檢測。JUDGE狀態後如果未檢測到故障信號，則進入NORMAL正常狀態

，進行電壓調整。
係統上電後


，首先完成各個外設的初始化，主要包括係統時鍾、定時器、GPIO口、ADC、DMA、中斷及SPI的初始化。在此，定時器和中斷一旦初始化完成，PWM及SPWM波就會生成。考慮到過流
、短路保護及反饋穩壓的實時性要求較高，故在中斷內完成。欠壓、過壓對實時性要求低，放在主程序內。為提升係統的性能，ADC采樣使用DMA方fang式shi傳chuan輸shu數shu據ju，傳chuan輸shu完wan成cheng後hou，發fa出chu中zhong斷duan申shen請qing，對dui采cai集ji到dao的de數shu據ju進jin行xing簡jian單dan濾lv波bo處chu理li，其qi他ta功gong能neng函han數shu調tiao用yong此ci數shu據ju完wan成cheng相xiang應ying的de保bao護hu及ji穩wen壓ya功gong能neng。主zhu程cheng序xu的de流liu程cheng圖tu如ru圖tu6所示。 [page]
調試與實驗

根據以上思想試製一台400W的樣機，采用IRF3205作為推挽升壓的功率管，HER307作為整流二極管，全橋逆變功率管則采用IRF840。前級升壓的PWM波頻率設置為20kHz
，後級SPWM波的頻率設置為18kHz，輸出濾波電感L為1mH
，輸出濾波電容C為4.7μF。實際測試正弦交流輸出電壓精度為220V±1%，頻率精度為50Hz±0.1%，THD小於1.5%，逆變效率大於87%

，其滿負載時的試驗波形如圖7所示(輸出經20kΩ/100kΩ電阻分壓測到)。
結束語

文中完整地討論了以STM32danpianjiweizhukongzhiqideshukongzhengxianbonibiandianyuandesheji
，bingduiqizhongshejiguanjianwentijinxinglexiangxidetaolun。zhenduigaoduandianzishebeiduinibiandianyuandegenggaoyaoqiu
，tichuleyizhongyouxiaodejiejuetujing。shiyonggaishejifanganzaijianhuanibiandianyuandeyingjianshejidetongshi，dadatishengledianyuandepinzhiyuxingneng
，juyouhengaodetuiguangjiazhi。

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