发布时间 : 星期三 文章单相正弦波变频电源更新完毕开始阅读19b4d8600b1c59eef8c7b499
摘要
该变频电源以ST公司的STM32F103VET6芯片为主控芯片，利用内部PWM模块生成SPWM信号，驱动全桥逆变电路，将直流电压转化为交流电压，其幅值和频率由STM32芯片内部程序控制调节。另外本系统外接彩屏及键盘，可手动设定电源输出电压的有效值及频率，并实时显示输出电压、电流、功率和交流电压的效率。同时该系统具有过流保护功能，可以在输出大于2A电流的情况下切断交流输入，大大增加了系统的安全性和稳定性。
Abstract
The variable frequency power to ST’s STM32F103VET6 chip for the master core internal modulation SPWM signal generation to drive full-bridge inverter circuit, the DC voltage into AC voltage, amplitude and frequency of its internal procedures by the STM32 chip control and regulation. External color screen and keyboard of the system, manually set the power output RMS voltage and frequency, and real-time display output voltage, current, power and efficiency of AC voltage. While the system has over-current protection, high current output can be cut case of AC input, improve system security and stability.
1、方案论证与选择 1.1、系统整体方案设计
整个系统以STM32F103VET6芯片为主控芯片，输出两路互补的SPWM信号，通过驱动电路驱动全桥逆变器，得到电压有效值和频率可控的交流电压。输出端通过采样电路对电压极电流进行采样,构成闭环控制。然后通过PID算法调节SPWM信号控制输出电压值大小，实现稳压。
考虑到STM32芯片的性能，SPWM输出采用开环控制。
输入部分由触摸屏实现，手动输入设定值。显示部分采用彩屏输出交流电的有效电压值、电流值、频率及效率。
过流保护通过接入继电器实现，当电流大于2A的时候控制继电器切断交流电输入。
1.2、方案选择 1.2.1功率开关管选择
本设计要求能够输出电压有效值为20V，最大电流2A的交流电，采用MOSFET无疑是开关器件的最佳选择。IRF520的最大漏源极电压为100v，导通电流为———，符合设计要求。
1.2.2 MOS管驱动电路设计
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方案一：采用三极管驱动
采用分立元件组成驱动电路驱动MOS管。但采用该方案会增加电路的复杂性，不利于电路的整体调试，且稳定性不高。 方案二：采用集成驱动芯片驱动
采用集成芯片只需简单的外围电路就能驱动MOS管，不仅简化了电
路，而且稳定性强，便于调试。IR公司的IR2110芯片最高工作电压可以达到500V，具有+120mA,-250mA的驱动能力，具有高边驱动自举电路，可以用非常简单的电路获得高边驱动电源。从以上性能看，IR2110符合设计要求。
综上，我们选择方案二。
1.2.3信号检测电路设计
方案一：使用STM32内部AD直接检测
将输出电压、电流转换为AD可检测信号之后，使用STM32内部AD对信号进行采集，根据相应的公式计算得出相关参数。采用该方案比较简单，缺点是需要控制器不断对采集到的数据进行大量的数学运算，减小了程序的执行效率。
方案二：外接硬件检波电路
利用二极管组成检波电路，检测交流信号的峰值之后由AD采集，利用有效值于峰值之间的比例关系计算出有效值。采用该方案精度较高，但硬件电路过于复杂，调试起来也过于麻烦。 方案三：采用有效值转换芯片
采用专用集成芯片，将交流信号直接转变为直流有效值，供AD采集。该方案不仅简单而且稳定性强。采用LTC1968芯片只需外接一个电容就能完成交流值到有效值的转换，具有较高的精密度和线性度。但该方案增加了设计成本。
综上，我们选择方案一。
1.2.4系统整体框图 系统整体框图如图1所示：
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隔离调压器 整流桥 全桥逆变器 LC滤波电路 继电器 逆变器驱动 单相负载 触摸输入 彩屏显示 光耦隔离 电压采样 电流采样 SPWM输出 PID调节 ADC STM32最小系统 整流桥 降压电路
2、系统的具体实现与理论分析 2.1整流、限流电路
该模块采用两路整流分别输出，上半部分为20V输出，为最终的逆变过程提供稳定的直流供电。下半部分为5V输出，为光耦等低电压器件提供工作电压，经1117-3.3降压后也为主控芯片STM32提供电能。该设计能保证在输出电流过大时，只切断高电压一路，stm32仍能正常工作，保证在用户排除故障之前，不会再有输出。
滤波采用50V电解电容与一个高压瓷片电容并联完成，其中电解电容负责主要滤波，二瓷片电容辅助滤去高频杂波，经测定，输出波纹可控制在20mV以内，20V一端加入继电器，由stm32进行控制，当输出电流过大时切断输入。
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图2 整流电路
2.2 开关管驱动电路
功率管驱动采用IR公司的IR2110芯片进行驱动。一个IR2110可以驱动一个半桥，于是采用2片IR2110进行全桥逆变器的驱动。
在该电路中自举二极管和自举电容的需取至关重要，只有选择正确驱动芯片才能正常工作。开关管IR520充分导通所需要的栅极电荷为30nC，VCC为20V。根据经验公式C > 2Qg/(VCC – 10 - 1.5) 可计算得出自举电容的大小为0.00705。于是选取0.01uF的瓷片电容。
自举二极管应该采用快恢复二极管，本电路中采用自恢复时间为75ns的MUR460作为自举二极管，经仿真测试成功。电路如图3所示：
图3 开关管驱动电路
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