三相逆变电源设计

韩政霖

【摘 要】微电网模拟系统，以STM32为核心控制芯片，通过ir2110芯片及mos管产生三相逆变正弦波电源。

【关键词】IR2110；SPWM；三相逆变；AD采集

引言

采用STM32ZET6输出三相spwm，通过IR2110驱动电路及MOS管搭成的逆变器系统，产生三相正弦波，满足基本要求。通過stm32ZET6AD采样，与负载及stm32zet6自身方波信号构成反馈，通过调节PWM的占空比及定时器，实现稳压输出及三相正弦波。系统能自动外部电源电压变化，系统具有过流、过压保护功能，并可对输出电压、电流进行测量。

一、系统整体结构

本系统主要由脉冲发生模块、逆变模块、AD采集模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。

（一）脉冲发生模块

SPWM正弦脉宽调制法是在PWM这项技术的基础上发展而来的，特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，能消除谐波中的高次谐波分量。SPWM技术成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。

STM32F103ZET6产生SPWM。STM32系列32位闪存微控制器使用了ARM公司最新的Contex—M3内核，该内核集高性能、低功耗、低成本于一体，能够应用于诸多嵌入式领域。对于PWM控制，STM32具有独特的优势，即定时器可产生6路PWM输出，具有互补输出和死区控制；具有硬件上的乘法和除法单周期指令；STM32的嵌套向量中断控制器把中断之间延迟降到6个CPU等。采用STM32F103ZET6产生SPWM的设计方法，电路简单，直接利用软件编程即可产生SPWM信号，降低了系统对硬件电路的要求，可靠性高，成本低，开发周期短。

（二）逆变模块

MOSFET金属—氧化物半导体场效应晶体管。MOSFET是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。MOS管一般用于小功率电路，开关频率很高。驱动部分采用IR2110驱动电路。IR2110的输出可以对MOS管进行快速驱动。

（三）AD采集模块

STM32自带AD转换。STM32自带的12位AD转换方便了硬件工程师的开发，省去了AD转换芯片，使外围电路更加简单。

二、系统理论分析与计算

（一）SPWM调制技术的分析

图1是SPWM变频器的主电路，图中VTl～VT6是逆变器的六个功率开关器件（在这里画的是IGBT），各由一个续流二极管反并联，整个逆变器由恒值直流电压U供电。它的控制电路，是一组三相对称的正弦参考电压信号，由参考信号发生器提供，其频率决定逆变器输出的基波频率，应在所要求的输出频率范围内可调。参考信号的幅值也可在一定范围内变化，决定输出电压的大小。三角载波信号是共用的，分别与每相参考电压比较后，给出“正”或“零”的饱和输出，生SPWM脉冲序列波，作为逆变器功率开关器件的驱动控制信号。

（二）IR2110半桥驱动电路原理分析

IR2110用于驱动半桥的电路如图2所示。图中C1、VD1分别为自举电容和二极管，C2为VCC的滤波电容。假定在S1关断期间C1已充到足够的电压（VC1≈VCC）。当HIN为高电平时VM1开通，VM2关断，VC1加到S1的门极和发射极之间，C1通过VM1，Rg1和S1门极栅极电容Cgc1放电，Cgc1被充电。此时VC1可等效为一个电压源。当HIN为低电平时，VM2开通，VM1断开，S1栅电荷经Rg1、VM2迅速释放，S1关断。经短暂的死区时间（td）之后，LIN为高电平，S2开通，VCC经VD1，S2给C1充电，迅速为C1补充能量。如此循环反复。

三、电路与程序设计

（一）程序的设计

1.程序功能描述与设计思路

（1）程序功能描述

根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置。

键盘实现功能：设置反馈调节参数。

（2）程序设计思路

由正弦表和PWM生成SPWM提供给电路输入信号，同时利用单片机自带的A/D进行输出波形采集然后进行计算反馈计算调节SPWM幅值形成闭环控制。

四、结论

该电源采用STM32zet6输出三相方波，通过IR2110驱动电路及MOS管搭成的逆变器系统，产生三相正弦波，满足基本要求。通过stm32zet6AD采样，与负载及stm32zet6自身方波信号构成反馈，通过调节PWM的占空比及定时器，实现稳压输出及三相正弦波。系统能自动外部电源电压变化，系统具有过流、过压保护功能，并可对输出电压、电流进行测量。