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基于STM32单相正弦波逆变电源的设计

摘要

本毕业设计基于STM32单相正弦波逆变电源的设计。在绪论部分，介绍了逆变器的概念、发展历史以及现代化应用意义。在设计要求、方案分析及确定部分，确定了设计要求，并进行了方案分析和论证，包括单相逆变电路两种方案、逆变器类型选择和逆变器调压方法选择。在系统设计总方案部分，给出了总体方案思路和总体方案设计，并详细介绍了供电电路、辅助电源、逆变主电路、驱动电路、信号调理电路、单片机控制电路、保护电路、调试接口、OLED屏幕显示、按键电路和滤波电路等模块设计。在软件设计部分，设计了软件主体，包括ADC配置、PID算法和SPWM脉宽调制。最后，在系统调试部分，介绍了软件调试和测试仪表调试。结论部分对整个毕业设计进行总结。

关键词：逆变器；SPWM调制；STM32单片机

 

目录

1  绪论 3

1.1  逆变器的概念 3

1.2  逆变器发展历史 3

1.3  逆变器现代化应用意义 4

2  设计要求、方案分析及确定 6

2.1  设计要求 6

2.2  方案分析 6

2.3  方案论证及确定 7

2.3.1  单相逆变电路两种方案 7

2.3.2  逆变器类型选择 8

2.3.3  逆变器调压方法选择 9

3  系统设计总方案 11

3.1  总体方案思路 11

3.2  总体方案设计 11

3.3  供电电路 12

3.3.1  相关参数概念 12

3.3.2  主要参数计算 12

3.3.3  开关电源变压器 13

3.4  辅助电源 13

3.4.1  工作原理 13

3.4.2  升压可调电源模块 14

3.5  逆变主电路 15

3.5.1  开关器件的选取 16

3.5.2  MOS管附近电阻的作用分析及选择 16

3.6  驱动电路 17

3.7  信号调理电路 19

3.7.1  电阻分压式电压采集 19

3.7.2  输出电压检测 19

3.7.3  电流检测电路 20

3.8  单片机控制电路 22

3.9  保护电路 24

3.9.1  电流过载保护 24

3.9.2  温度保护 25

3.10  调试接口 26

3.11  OLED屏幕显示 27

3.12  按键电路 27

3.13  滤波电路 28

4  软件设计 30

4.1   软件主体设计 30

4.1.1  ADC 配置 30

4.1.2  PID 算法 31

4.1.3  SPWM脉宽调制 31

5 系统调试 33

5.1  软件调试 33

5.2 测试仪表调试 34

结    论 35

参 考 文 献 37

附录A  设计原理图 38

附录B  部分程序 41

 

1、引言

1.1 逆变器的定义

逆变器，也称为静态变流器，是一种将直流电转换为交流电的装置，能够将电压和频率稳定地提供给负载。将直流电转换为特定频率的交流电以供给负载称为无源逆变器；将直流电转换为交流电并反向输送到电网（或交流源）称为有源逆变器。

随着社会经济的发展，人们对供电质量的要求越来越高，逆变器技术得到了迅猛发展。传统的逆变器采用直流电动机-交流发电机组来实现电能转换，而现代逆变器大多采用全控功率半导体器件，通过脉宽调制（PWM）控制方式来实现电能转换。

1.2 逆变器的发展历史

电源系统已成为现代大规模生产活动的重要组成部分，而自关断设备的问世提高了逆变器的性能、动态特性和对非线性负载的适应性。自20世纪70年代末以来，许多自关断器件如GTO、MOSFET和IGBT等被发明出来，第二代逆变器应运而生。

与第一代逆变器使用无自关断功能的晶闸管不同，第二代逆变器具有以下特点：

1、采用具有自关断功能的开关器件，不再需要换流电路，简化了电路结构并降低了成本。

2、使用自关断器件后，第二代逆变器采用带输出电压有效值或平均值反馈的正弦波输出脉宽调制（SPWM）控制技术，性能得到了大幅提升。

尽管第二代逆变器的性能得到了改善，但在信号传输过程中仍存在一些缺点：

1、由于缺乏瞬时反馈，动态特性不佳。

2、对于非线性负载，第二代逆变器容易导致输出电压波形失真。

3、难以满足单相电相位的要求。

4、难以滤除低次谐波和控制不到的时间域因素，导致输出电压波形失真。

随着电力电子控制技术的不断革新，第三代逆变器利用实时反馈控制技术逐渐完善，弥补了第二代逆变器的缺陷。基于动态性能和适应性的考虑，带电流内环电压瞬时值反馈控制技术得到了广泛应用。

1.3 逆变器在现代应用中的意义

在电力行业中，各种新型逆变器已经开始应用。随着电力电子技术的不断发展和完善，用电设备对输入电压的要求越来越精细化，逆变器技术朝着节能、保质、增效和系统化、高频化、模块化、数字化、绿色化的方向不断发展。

逆变器技术被应用于各种发电方式，如光伏发电、风力发电、核能发电和水力发电等。光伏发电通过将太阳能转换为直流电，然后通过逆变器将其转换为交流电，供给负载或并入电网供用户使用。风力、水力和核能发电也采用类似的方式进行电能转换。

逆变器技术是电力电子技术中最核心的技术之一，主要应用于逆变器、变频电源、开关电源、不间断电源系统、交流稳压电源、电力系统的无功补偿、电力有源滤波器、变频调整器、电动汽车、电气火车、燃料电池静置式发电站等设备。

例如，UPS不仅可以在停电时提供持续供电功能，还可以过滤市电对负载的影响，如电压浪涌、谐波、频率漂移以及电压过高或过低等负面因素，为后端设备提供纯净、安全的正弦波电流。

 

参 考 文 献

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