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STM32实现的SPWM控制电路设计

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内容如题文的已说明编程思路附少看码(不完整)原理图以及实物图

本设计选用 STM32F103RC  Mini 开发板以 STM32F103RC 为控制核模辅以光耦合器驱动电路和 SPWM 逆变电路组成完整的系统根据采样控制理论由STM32F103RC 输出一系列周期性变化的等幅不等宽脉冲控制 IGBT 功率开关管的导通和截止使逆变器输出端获得一系列宽度不等的矩形脉冲波输出的信号经 LC 低通滤波器滤波后即可得到所需要的正弦波改变调制脉冲的宽度可以控制输出电压的幅值改变调制周期可以控制输出电压的频率从而达到使逆变器的输出电压和幅低时可调的目的

在逆变器电路的设计中控制方法是核心技术早期的控制方法使得输出为矩形波谐波含量细ߣ滤波困难而SPWM 技术较好地克服了这些缺点 本设计一于 STM32F103RC来实现SPWM此方法控制电路简单可靠利用软件产生SPWM波减轻了对硬件的要求页本低受外界干扰小

本系统由电源模块控制模块逆变模块光耦驱动模块滤波模块等5大部分组成设计系统的总体结构框图如图 3.1 所示

电源模块根据实验室现有的条件本系统的电源由教稳压电源提供 3路直流电压控制模块由 STM32F103RC 开发板构成运行系统程序并通过扩展GPIO口控制自主设计的各子模块工作光耦驱动模块因为 STM32F103RC GPIO口输出电压最大为 3.3V不足驱动 IGBT 模块经由 PS2501 光耦合器元件放大并驱动全控型器件逆变模块由于实验室条件原因由 STM32F103RC 输出经过光耦元件放大的信号当作是逆变后的电压滤波模块是由 LC 构成的二阶低通滤波电路使之输出正弦波


控制电路主要是由 STM32F103RC 最小系统构成的STM32F103RC 的定时器 1有 4 个通道可以同时输出 4 路 PWM 波这里使用通道 1 作为输出 SPWM 波的端口对应默认的端口是 PA8因为查询手册可以知道 TIM1的CHN1默认的复用端口就是 PA8在初始化定时器的时候不用使能端口复用时印
因为 STM32F103RC 输出的引脚电压最高为 3.3V在实际中不足以驱动电力电子器件同时为了让主电路与控制电路隔离保证控制电路的安全我们添加了PS2501 器件作为光耦和驱动电路其电路原理图如下

在实视用中SPWM 控制信号对 IGBT 实现控制最后输出的 SPWM 波要经过低通滤波之后恢复出正弦波LC 二阶低通滤波可以有效滤除高频成分最后变为频率50Hz的正弦波滤波电路如下

逆变器程序主要分为 SPWM 脉宽调制部分定时器更新中断处理部分和占空比数据编程使用的 IDE 和编译器使用的是开源免费的 CoIDE 和 GNU ARM Embedded ToolchainCoIDE这款编辑器是基于 eclipse开发的用于 C语言开发和 ARM 程序开发非常奖㣬加上免费的 GNU ARM 工具链和调试工具让STM32F103RCT6的程序开发变得极为奖㡣
4.1  编程思路
本设计将一个周期 T的信号分成10个点按 X轴等分两点间的时间间隔由 STM32F103RC 通过定时器中断产生因此首先需建立正弦脉宽数据表由STM32F103RC 初始化时算好这里通过 Python 科学计算包计算出正弦脉宽数据表

SPWM 实际上就是用一组经过调制的幅值相等宽度不等的脉冲信号代替调制信号用开关看替模拟量调制后的信号中除了含有调制信号外还含有频率很高的载波频始载波倍频附近的频率分量但几乎不含其他谐波特别是接近基波的低次谐波因此载波频率也即 SPWM 的开关频率越高谐波含量越少这从 SPWM 的原理可以直观地看出当载波频率高时半周期内开关问越多把期望的正弦波分我越多SPWM的基波就越接近期望的正弦波[14] 但是SPWM 的载波频率除了受功率器件的允许开关频率制约外SPWM 的开关频率也不宜过高这是因为开关器件工作频率提高开关损耗和换流损耗会随之增印另外开关瞬间电压或电流的本变化形成很大的 du/dt 或di/dt会产生强的电磁干扰高 du/dtdi/dt 还会在线路和器件的分布电容和电感上引起冲击电流图峰电压这些不因频率提高而变得现ء 根据SPWM 的规则采样法如下图


首先对程序进谐始化初始化之后定时器 1开始工作定时器满 1ms后程序就进入了中断读取正弦脉宽数据表中的数值通过修改TIM1寄存器 CCR1的值来改变下一次占空比从而实现了占空比按正弦规律变化得到说制后的SPWM波形
SPWM 调制程序流程图如图 4.3所示


完整的pdf格式文档51黑下载地址
基于stm32控制的SPWM变频器设计.pdf (1.44 MB, 下载问: 0)


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