当前位置：首页 > news >正文

基于STM32的正弦波逆变器设计

news 2025/9/26 11:35:08

一、系统架构设计

graph TD A[输入电源] --> B[输入滤波电路] B --> C[DC-DC升压模块] C --> D[SPWM生成模块] D --> E[全桥逆变电路] E --> F[LC滤波电路] F --> G[输出保护电路] G --> H[负载]

二、核心硬件设计

1. 输入滤波电路

L1(330μH) → C1(100μF) → C2(10μF)
输入电压范围：12V-48V DC
功能：抑制高频噪声，隔离逆变器对电池的反灌干扰

2. DC-DC升压模块

采用两路并联BOOST拓扑

关键参数：

#define BOOST_FREQ 200000  // 200kHz开关频率
#define L_VALUE 330e-6     // 电感值
#define C_OUT 100e-6       // 输出电容

驱动芯片：IR2104（带死区控制）

3. SPWM生成模块

// STM32H743定时器配置
TIM_HandleTypeDef htim2;
void MX_TIM2_Init(void){htim2.Instance = TIM2;htim2.Init.Prescaler = 0;htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;htim2.Init.Period = 1000-1;  // 20kHz PWM频率htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;HAL_TIM_PWM_Init(&htim2);
}// 正弦波查表（256点）
const uint16_t sine_table[256] = {2048,2248,2447,...,2048  // 12位DAC参考值
};

4. 全桥逆变电路

MOSFET配置：IRF3205（55V/110A）
驱动电路：IR2110（死区时间100ns）
H桥拓扑：
Q1/Q4 → 正半周导通
Q2/Q3 → 负半周导通

5. LC滤波电路

L2(100μH) → C3(470μF) → C4(1000μF)
截止频率：1/(2π√(LC)) ≈ 50Hz

三、软件控制系统

1. SPWM生成算法

void SPWM_Generate(uint16_t *table, uint16_t amplitude){for(uint16_t i=0; i<256; i++){TIM2->CCR1 = amplitude * (1 + sine_table[i]/4095.0f);TIM2->CCR2 = amplitude * (1 - sine_table[i]/4095.0f);HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim2, TIM_CHANNEL_1, (uint32_t*)table, 256);}
}

2. 反馈控制算法

// 电压闭环PID控制
float PID_Controller(float setpoint, float feedback){static float integral = 0;float error = setpoint - feedback;integral += error * DT;float derivative = (error - prev_error)/DT;prev_error = error;return Kp*error + Ki*integral + Kd*derivative;
}// 电流采样电路
void ADC_Measurement(void){HAL_ADC_Start(&hadc1);HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100);current_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1) * 3.3f / 4095.0f * 100; // 0-100A量程
}

3. 保护机制

void OverCurrent_Protection(void){if(current_value > 120.0f){HAL_TIM_PWM_Stop(&htim2, TIM_CHANNEL_ALL);HAL_GPIO_WritePin(RELAY_PIN, GPIO_PIN_RESET);LED_Error_Blink(500);}
}void UnderVoltage_Protection(void){if(battery_voltage < 10.5f){Enter_Safe_Mode();}
}

推荐资源基于STM32正弦波逆变器设计 www.youwenfan.com/contentcni/51722.html

四、PCB设计要点

电源完整性
- 输入/输出电容靠近芯片引脚
- 采用4层板结构（信号-GND-Power-Signal）
- 关键路径做包地处理
EMI抑制
- 在DC输入端添加共模电感（10mH）
- 输出端配置X2/Y2安规电容
- 高频开关节点做铺铜处理
热管理
- MOSFET下方放置散热焊盘
- 热敏电阻监测芯片温度
- 强制风冷设计（>2A负载时启动）

五、调试与优化

波形调试技巧
- 使用示波器观察MOSFET栅极波形，确保死区时间合适
- 调整LC滤波参数消除高频振荡
- 通过FFT分析优化SPWM调制比

EMC优化方案

- 输入滤波器：π型滤波（10μH+100μF×2）
- 输出滤波器：LCL滤波（10μH+47μF+100μH）
- 屏蔽层：铜箔包裹功率回路

保护功能验证
- 模拟输入反接：触发自锁保护
- 负载突变：观察电压恢复时间
- 温度监控：超过85℃启动降频

六、扩展功能实现

通信接口

// 通过USART实现Modbus协议
void Modbus_Init(void){huart2.Instance = USART2;huart2.Init.BaudRate = 9600;huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8D;HAL_UART_Init(&huart2);
}

人机交互

// OLED显示界面
void Display_Menu(void){SSD1306_ClearBuffer();SSD1306_GotoXY(0,0);SSD1306_Puts("Voltage:220.5V", &Font_7x10, 1);SSD1306_GotoXY(0,16);SSD1306_Puts("Current:4.2A  ", &Font_7x10, 1);SSD1306_UpdateScreen();
}

七、工程文件结构

Inverter_Project/
├── Hardware/
│   ├── schematic/       # 原理图文件
│   └── pcb/             # PCB设计文件
├── Firmware/
│   ├── src/             # 源代码
│   │   ├── main.c       # 主程序
│   │   ├── spwm.c       # SPWM生成模块
│   │   └── protections/ # 保护功能
│   └── startup_stm32h743.s
├── Test/
│   ├── waveform/        # 波形数据
│   └── efficiency/      # 效率测试报告
└── Docs/├── design_notes.md  # 设计说明└── bill_of_materials.csv # BOM清单