《以STM32F103C8T6作為主控芯片的單相交流逆變器的硬件及軟件設(shè)計(jì)》10000字（論文）

以STM32F103C8T6作為主控芯片的單相交流逆變器的硬件及軟件設(shè)計(jì)摘要隨著當(dāng)前環(huán)境污染和能源短缺的問題越來越嚴(yán)重，我們對(duì)新能源的開發(fā)和利用產(chǎn)生了興趣。太陽能作為許多新能源之一，以其清潔和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)而備受推崇。作為太陽能發(fā)電的主要形式，光伏發(fā)電正引起全世界的關(guān)注。光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心組件，其高效率和可靠性極大地影響了電力系統(tǒng)的整體性能。本文以單相全橋式電壓逆變器為例，分析了其設(shè)計(jì)過程中的各個(gè)步驟，采用STM32F103C8T6作為主控芯片，使用IR2103進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并且設(shè)計(jì)了升壓模塊和逆變電路，最后使C語言在Keil環(huán)境下進(jìn)行編程，得到了所期望的輸出波形。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；逆變器；光伏發(fā)電目錄第一章緒論 11.1研究背景及意義 11.2光伏發(fā)電國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析 21.2.1光伏發(fā)電在國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀 21.2.2光伏發(fā)電在國(guó)外的現(xiàn)狀 21.3論文的主要內(nèi)容 3第二章單相交流逆變器的總體設(shè)計(jì) 42.1單相交流逆變器結(jié)構(gòu)及原理 42.2單相交流逆變器的控制策略 42.2.1逆變器的輸出控制模式 42.2.2逆變器輸出電流的控制方式 42.3單相交流逆變器總體設(shè)計(jì) 5第三章單相交流逆變器硬件設(shè)計(jì) 73.1主控制器的選型及介紹 73.2升壓模塊的設(shè)計(jì) 93.3全橋逆變電路的介紹 113.4LCL濾波電路的設(shè)計(jì) 123.4.1LCL濾波器的作用 123.4.2LCL濾波器的原理 123.4.3LCL濾波器設(shè)計(jì)的約束條件 123.5驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 13第四章單相交流逆變器軟件設(shè)計(jì) 144.1Keil軟件的介紹 144.1.1STM32F10X程序下載的方法 154.2AltiumDesigner軟件的介紹 154.3仿真結(jié)果及分析 16第五章結(jié)論與展望 18參考文獻(xiàn) 19附錄A 19第一章緒論1.1研究背景及意義一次能源逐漸面臨著枯竭的趨勢(shì)，以前在我們的生活中使用的更多的是煤炭、石油和天然氣等一次能源。當(dāng)然，現(xiàn)在大多數(shù)行業(yè)或者地區(qū)仍然也在使用，但是由于一次能源的使用對(duì)于我們生存環(huán)境帶來的危害日益嚴(yán)重，這使得人們認(rèn)識(shí)到了使用一次能源所造成的問題的嚴(yán)重性。在化石能源的開發(fā)利用過程中，每天約有一億噸,這是主要的溫室氣體在大氣中,由于世界能源利用率主要依靠傳統(tǒng)能源,燃燒和這些化石燃料的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體,如果這些溫室氣體的排放得不到有效限制,這將大量的污染空氣從而影響人類正常生活。從上面說到的這些問題中，我們看出來了為了人類能夠可持續(xù)的發(fā)展，那么開發(fā)利用可再生能源和新的能源將是非常有必要的。太陽能因?yàn)樗植己軓V泛，可以說是有光的地方就有太陽能，而且他還是可再生的能源，所以又有了一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是它是清潔的沒有任何污染問題的。也正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)他就被全世界所關(guān)注。根據(jù)以前數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)的話，地球上每年可以利用的太陽能量的總量相當(dāng)于是世界上已經(jīng)知道的化石能源總量的一萬多倍了。光伏發(fā)電技術(shù)的話是主要的利用太陽能的方式，這種發(fā)電的方式他沒有任何的污染、安全可靠、使用起來的話壽命也是比較長(zhǎng)的、而且他的電路結(jié)構(gòu)等各方面簡(jiǎn)單，所以它的運(yùn)行維護(hù)成本比較低，在幾乎每個(gè)地區(qū)都有都可以得到，只是量多量少的問題，這種發(fā)電方式是世界上公認(rèn)的最優(yōu)前景的新能源發(fā)電方式了?，F(xiàn)在好多的國(guó)家都已經(jīng)意識(shí)到了太陽能發(fā)電的好處，所以都紛紛開始了開展新能源發(fā)電的浪潮，各個(gè)國(guó)家也都已經(jīng)制定了相關(guān)的政策方針研究新能源發(fā)發(fā)電。在整個(gè)世界上，尤其是像美國(guó)、日本、德國(guó)等這些發(fā)達(dá)國(guó)家都開始啟動(dòng)了大規(guī)模發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)的一個(gè)計(jì)劃，還有主要的明顯的是太陽能屋頂計(jì)劃。這幾年來，光伏產(chǎn)業(yè)一直是每年平均超過了百分之二十的速度在發(fā)展，光伏產(chǎn)品都已經(jīng)是形成了一直產(chǎn)業(yè)化商業(yè)化。光伏發(fā)電技術(shù)中并網(wǎng)技術(shù)是最關(guān)鍵的也是最核心的一門技術(shù)。光伏并網(wǎng)技術(shù)在這幾年已經(jīng)是成為了最主要最受關(guān)注的熱門的研究領(lǐng)域。光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)中逆變器是整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)最主要的環(huán)節(jié)，它對(duì)于提高整個(gè)光伏系統(tǒng)的發(fā)電的效率是很有作用的，同時(shí)也可以提高系統(tǒng)的可靠性，能夠使得電網(wǎng)電壓更加穩(wěn)定，使得整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命還有系統(tǒng)的成本都有著十分重要的作用。和國(guó)外的利用太陽能進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)來比的話，我們國(guó)家的逆變器在這個(gè)太陽能向電能轉(zhuǎn)化的效率、它的結(jié)構(gòu)、智能化的程度還有在整個(gè)系統(tǒng)中使用時(shí)的穩(wěn)定性等各個(gè)方面都是與外國(guó)有一定的差距的。在光伏并網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展過程中，和那些含有高頻或者工頻的并網(wǎng)逆變器相比較的話，非隔離性的光伏并網(wǎng)逆變器他有很多優(yōu)點(diǎn)，在市場(chǎng)上更占據(jù)優(yōu)勢(shì)。比如非隔離性的逆變器它的體積小、重量也輕，這樣的話它的成本就更低了，同時(shí)所產(chǎn)生的損耗也就減低了，進(jìn)一步他就可以提高光伏發(fā)電的效率。根據(jù)以上的分析，無變壓器隔離的光伏并網(wǎng)逆變器更加受歡迎，它也在全國(guó)各地收到了廣泛的關(guān)注，并且很多國(guó)家加大力度進(jìn)行這一方面的研究工作。進(jìn)行研究和開發(fā)非隔離性的并網(wǎng)逆變器有很重要的意義。它可以推動(dòng)著我們國(guó)家港服產(chǎn)業(yè)更加有序快速的發(fā)展，可以解決環(huán)境污染的問題，還有避免了能源短缺帶來的一系列的問題。1.2光伏發(fā)電國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析光伏發(fā)電技術(shù)作為新能源發(fā)電的主要方式之一，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)外諸多國(guó)家得到青睞，外國(guó)在光伏發(fā)電方面的技術(shù)和投入遠(yuǎn)多于我們國(guó)家，并且技術(shù)也相對(duì)更加成熟，但是近年來我們國(guó)家在光伏領(lǐng)域的投入也是非常之大，這使得我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)在外國(guó)也有很多的拓展空間。1.2.1光伏發(fā)電在國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀我國(guó)在1950年代開始研究太陽能電池，首個(gè)有價(jià)值的太陽能電池也是1959年開發(fā)的。1971年3月是我國(guó)的第二顆衛(wèi)星。太陽電池是1973年天津港海邊使用的浮標(biāo)首次使用。單晶硅單元是1979年制造的。1980年代以后，在我國(guó)一部分偏遠(yuǎn)地區(qū)推進(jìn)了太陽能發(fā)電技術(shù)。2002年，中央政府和政府對(duì)西部地區(qū)的城鎮(zhèn)政府沒有供電的城鎮(zhèn)投資了共計(jì)18億元。設(shè)立太陽能發(fā)電站。國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)也在2002-2004年通過了“送電到鄉(xiāng)”這一偉大工程的實(shí)時(shí)，建立了大概八百個(gè)光伏電站，總共的裝機(jī)容量達(dá)到了19.6MW。從上面這些政策和方案的實(shí)施中我們可以看出來我們國(guó)家對(duì)于光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的投入是巨大的。近年來，我們國(guó)家環(huán)境污染問題和能源短缺問題日益嚴(yán)重，這對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展將十分不利，由此新能源發(fā)電以及新能源產(chǎn)品就出現(xiàn)了，國(guó)家也對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)大力支持。我們國(guó)家的光伏產(chǎn)業(yè)在不斷的發(fā)展著，在這樣一個(gè)時(shí)代背景下，中國(guó)從事光伏逆變器產(chǎn)品的公司也越來越多了，各個(gè)企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)也是非常之大，這就讓光伏逆變器技術(shù)越來越成熟，但是我們和國(guó)外的那些大企業(yè)相比較的話，我們國(guó)家的光伏逆變技術(shù)還是一直比較落后的。在技術(shù)層面上和外國(guó)的那些先進(jìn)的大企業(yè)相比，在發(fā)電效率，逆變器電能轉(zhuǎn)化效率，電路結(jié)構(gòu)和可靠性以及對(duì)于電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性等各個(gè)方面來說的話都是非常落后的。在這幾年的發(fā)展里，我們國(guó)家大力支持和扶持光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，許多的小企業(yè)也抓住了這一個(gè)好的機(jī)會(huì)。目前來說的話小功率的光伏逆變器這一領(lǐng)域里，我們國(guó)家已經(jīng)達(dá)到了國(guó)外的那種先進(jìn)的水平，甚至是已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過了外國(guó)的那些優(yōu)秀企業(yè)。但是在大功率的光伏逆變器領(lǐng)域，我們國(guó)家到現(xiàn)在為止能夠獨(dú)立的去研發(fā)制造大功率產(chǎn)品的公司仍然是很少的，技術(shù)水平也是比較低下的。1.2.2光伏發(fā)電在國(guó)外的現(xiàn)狀因?yàn)闅v史上曾經(jīng)出現(xiàn)過的石油危機(jī)的原因，在這個(gè)事件的影響下，美國(guó)、日本和歐洲等國(guó)家逐漸開始意識(shí)到了尋找開發(fā)可以利用的新能源是一個(gè)必然的趨勢(shì)，也是一個(gè)未來肯定可以持續(xù)下去的產(chǎn)業(yè)。所以就各自的開始制定符合自己國(guó)家情況的新能源發(fā)展產(chǎn)業(yè)的計(jì)劃。在歐洲、德國(guó)、法國(guó)、意大利等國(guó)家，為了使太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)更快發(fā)展，制定了各自制定了很多目標(biāo)的計(jì)劃，并且投入錄入好多的資金，技術(shù)等。在這幾年里，菲律賓、馬來西亞等一些發(fā)展中國(guó)家也都開始了實(shí)施了太陽能屋頂計(jì)劃，說到底就是把屋頂制成太陽能的那種，可以產(chǎn)生更多的熱能供電。在國(guó)家意識(shí)到光伏產(chǎn)業(yè)的諸多優(yōu)勢(shì)之后，逐漸的減小了和歐洲其他國(guó)家之間的差距，預(yù)計(jì)在未來的幾年的時(shí)間里，北美洲的光伏發(fā)電的市場(chǎng)將來會(huì)成為全球的一個(gè)主要的新的市場(chǎng)。現(xiàn)在世界上光伏發(fā)電這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域有兩個(gè)主要的研究方向。一個(gè)是對(duì)于太陽能電池的研究，因?yàn)榻M成太陽能電池的半導(dǎo)體材料是有著光生伏特的效應(yīng)的，當(dāng)太陽能電池在受到太陽輻射時(shí)，一部分的光就會(huì)被硅材料進(jìn)行吸收然后轉(zhuǎn)化成了電能，因此來說尋找一種將太陽能轉(zhuǎn)化成電能效率高、而且還要價(jià)格比較低的這種半導(dǎo)體材料就成了很多國(guó)家研究的重點(diǎn)方向；另外一個(gè)就是對(duì)于逆變器的研究，因?yàn)槟孀兤魇枪夥l(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵所在，它將影響著并入電網(wǎng)中的電能的質(zhì)量以及電流轉(zhuǎn)換的效率等等，所以說各個(gè)國(guó)家對(duì)于效率高，可靠性好，成本低的這樣的光伏逆變器的研究也是非常的重視的。1.3論文的主要內(nèi)容本文所要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容主要是單相交流逆變器的設(shè)計(jì)，要設(shè)計(jì)一個(gè)DC\AC逆變電源，輸入直流24V供電，輸出正弦波的交流電的頻率是50HZ，輸出來的電壓的有效值是30V，輸出電流是大于1A。效率盡可能高。要達(dá)到的目的是在設(shè)計(jì)完成后，通過設(shè)計(jì)出的逆變器把輸入的24V的直流電轉(zhuǎn)化成30V的交流電并且輸出來。本文首先在緒論部分介紹了光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的背景及現(xiàn)狀，其次分析了光伏并網(wǎng)逆變器的種類及不同逆變器之間的去區(qū)別和聯(lián)系，最后使用單片機(jī)作為主控芯片設(shè)計(jì)了單相交流逆變器。第二章單相交流逆變器的總體設(shè)計(jì)2.1單相交流逆變器結(jié)構(gòu)及原理整個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器是整個(gè)系統(tǒng)中最關(guān)鍵最主要的環(huán)節(jié)，對(duì)于并網(wǎng)起著非常重要的作用。甚至可以說是評(píng)價(jià)一個(gè)光伏系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率或者并入電網(wǎng)的電能質(zhì)量多半情況下是看這個(gè)系統(tǒng)的逆變器的好壞。由于逆變器結(jié)構(gòu)的不同，逆變器在各種環(huán)境條件下可以安全、穩(wěn)定、高效地工作。太陽光發(fā)電網(wǎng)格連接逆變器有很多種類，根據(jù)逆變器電路是否有變壓器，太陽光發(fā)電網(wǎng)格連接逆變器可以分為隔離型和非隔離型，隔離還是非隔離其實(shí)就是說的變壓器有無，因?yàn)樽儔浩骶褪瞧鸬降母綦x作用。同時(shí)隔離型逆變器又可以進(jìn)一步細(xì)分，根據(jù)線路中變壓器的工作頻率的不同可以分為主要兩種，工頻型和高頻性，工頻型就是說工作頻率是工頻50Hz，而高頻型就是工作頻率一般高于50Hz；而非隔離性的逆變器根據(jù)本身的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同又可以進(jìn)行劃分，主要分為單極性和雙極性兩種。一般情況下，我們把交流電變換為直流電這樣一個(gè)過程叫做是整流，所使用到的變換電路叫做DC/DC直流變換器。而和它相反的是把直流電變成交流電這樣的過程叫做逆變，所用到的變換電路叫做DC/AC逆變器。逆變器所使用的開關(guān)器件是半導(dǎo)體材料制成的，因此，逆變器是用于調(diào)整由半導(dǎo)體器件構(gòu)成的電力特性的設(shè)備。主要用于將直流電轉(zhuǎn)換成交流。一般來說，由布思托雷電路和反相器橋兩部分構(gòu)成。從字面意思上也可以理解，升壓電路是由太陽能板收集的DC電力通過升壓電路向逆變器輸出所需振幅的DC電力升壓的意思。逆變器橋電路在開機(jī)后，通過按不同順序控制開關(guān)管的開關(guān)，將其反轉(zhuǎn)為所需頻率的交流電。逆變器的原理就是通過不同的方式使得開關(guān)器件在不同時(shí)刻內(nèi)導(dǎo)通或者關(guān)斷，從而產(chǎn)生我們需要的波形。但是，單單的通過讓逆變器開關(guān)器件開和關(guān)這樣的方式所產(chǎn)生的輸出波形一般來說是不一定能夠用的，所以越來越多的調(diào)制電路就出來了，這樣的話目的是通過兩個(gè)波形的調(diào)制，使得產(chǎn)生的波形更接近于正弦波，也就是更加符合我們的需要。2.2單相交流逆變器的控制策略2.2.1逆變器的輸出控制模式網(wǎng)格連接逆變器有4種輸出控制模式。輸入電壓源，控制輸出電壓源，控制輸出電流，輸入電流源，控制輸出電壓，輸入電流源，控制輸出電流。輸入為電流源時(shí)，通常電感器與DC輸入側(cè)串聯(lián)連接，由于這樣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)會(huì)變慢，逆變器的輸入主要是電壓源，所以連接到電容器和DC輸入側(cè)。2.2.2逆變器輸出電流的控制方式把我們要期望的輸出信號(hào)作為系統(tǒng)的輸入，把實(shí)際要輸出的信號(hào)作為反饋環(huán)節(jié)，然后把期望信號(hào)與反饋信號(hào)之間的瞬時(shí)值的差值當(dāng)作逆變電路的開關(guān)器件的控制通斷，這樣就會(huì)使得實(shí)際的輸出值能夠跟隨給定值的變化而發(fā)生變化，這樣思想的控制方法叫做跟蹤控制法。在電流型的跟蹤控制中常見的幾種比較方式包括：（1）電流滯環(huán)比較方式；（2）電流定時(shí)比較方式；（3）三角波比較方式。2.3單相交流逆變器總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的逆變器總體設(shè)計(jì)方案電路圖如圖2-1所示。圖2-1逆變器總體設(shè)計(jì)圖由圖2-1可知，單相交流逆變器由軟件和硬件兩部分組成，兩部分都在設(shè)計(jì)中起著至關(guān)重要的作用。其中，硬件電路主要由以下部分組成。1.逆變主電路及其濾波電路；2.由STM32F103C8T6組成的控制電路；3.全橋逆變器的驅(qū)動(dòng)電路；4.整個(gè)系統(tǒng)的供電模塊即電源電路；5.直流電壓的升壓模塊即升壓電路。整個(gè)系統(tǒng)由STM32F103C8T6芯片作為主控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)于太陽能匯集到的直流電進(jìn)行升壓，然后把升壓之后得到的直流電再經(jīng)過逆變電路就可以逆變成我們真正想要得到的所需要的頻率的交流電。所設(shè)計(jì)的逆變器的具體參數(shù)以及以上提到的各個(gè)硬件電路模塊在文章第三章會(huì)有詳細(xì)的講解，在這里不做進(jìn)一步的闡述。軟件部分使用C語言進(jìn)行了程序的編寫，所使用的的環(huán)境是KeilC，主要實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)于輸入直流24V供電，輸出的正弦波形的交流電的頻率是50HZ，輸出的電壓的有效值是30V，輸出電流是大于1A。具體對(duì)于該環(huán)境以及實(shí)現(xiàn)本文功能的軟件流程會(huì)在第四章進(jìn)行講解。第三章單相交流逆變器硬件設(shè)計(jì)在本文第二章主要講述了本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案，本章將進(jìn)一步對(duì)于上述講解到的各個(gè)電路模塊進(jìn)行詳細(xì)的講解。主要包括主控制器STM32F103C8T6芯片，升壓模塊，逆變模塊，電源模塊以及采樣、保護(hù)電路等。3.1主控制器的選型及介紹（1）STM32內(nèi)核STM32是基于ARMCortex-M3核的32位處理器，具備觸點(diǎn)的耗電控制和多個(gè)外圍設(shè)備。最重要的是性價(jià)比。Cortex-M3是32位處理器核心。內(nèi)部寄存器32位，內(nèi)存接口32位。Cortex-CM3使用了具有獨(dú)立數(shù)據(jù)總線和命令總線的Haval結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)訪問數(shù)據(jù)和指令取得，而不會(huì)相互影響。這樣，訪問數(shù)據(jù)時(shí)命令總線不會(huì)被占用，因此性能會(huì)提高。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，Cortex-CM3內(nèi)有幾個(gè)內(nèi)部總線接口，各自被優(yōu)化為獨(dú)自的應(yīng)用程序，可以并行工作，但是命令總線和數(shù)據(jù)總線共享相同的存儲(chǔ)空間，核心也有High。性能、低功耗、高度中斷處理功能。STM32的原理圖如圖3-1所示：圖3-1STM32最小系統(tǒng)圖ALIENTEKMiniSTM32開發(fā)板結(jié)構(gòu)如下：CPU：STM32F103C8T6、LQFP64、FLASH：128K、SRAM：20K；②1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的JTAG/SWD調(diào)試下載口；③1個(gè)IIC接口的EEPROM芯片，24C02，容量256字節(jié)；④1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的2.4/2.8寸LCD接口，支持觸摸屏；⑤1個(gè)USB串口，可用于程序下載和代碼調(diào)試；⑥1個(gè)USBSLAVE接口，用于USB通信；⑦1組5V電源供應(yīng)/接入口；⑧1組3.3V電源供應(yīng)/接入口；⑨1個(gè)復(fù)位按鈕，可用于復(fù)位MCU和LCD；⑩除晶振所占的IO口之外，其余所有IO口全部引出，其中GPIOA和GPIOB按順序引出。（2）STM32設(shè)計(jì)方便之處①IO口復(fù)用重映射功能②所有的引腳都能夠用作中斷輸入③支持SWD調(diào)試（3）STM32的GPIO簡(jiǎn)介STM32的各IO端口有7個(gè)控制寄存器。這些如下。配置模式的兩個(gè)32位端口配置寄存器CRL和CRH；2個(gè)32位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器IDR及ODR；一個(gè)32比特集/復(fù)位寄存器BSRR；16-位復(fù)位寄存器BRR；32位鎖存器寄存器LCKR。其中，CRL和CRH控制各個(gè)IO端口的模式和輸出速率。（1）復(fù)位電路復(fù)位電路是一個(gè)系統(tǒng)必不可少的模塊，其具體電路原理圖如圖18.3所示，單片機(jī)的復(fù)位按鍵是由按鍵、電容與電阻組成的，在按鍵開關(guān)為關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，電源供電，電阻本身不起作用，但是電容可以存儲(chǔ)電量，在這個(gè)時(shí)候電路中的電流值非常的小，基本可以說是沒有。相對(duì)于電源的電壓VCC來說，復(fù)位IO口的引腳是處于低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)的工作狀態(tài)沒有受到干擾。當(dāng)按鍵開關(guān)為關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，電源系統(tǒng)就會(huì)變成回路，在這個(gè)時(shí)候復(fù)位引腳的電壓與電源按鍵的電壓是一樣的，為5V高電平，單片機(jī)發(fā)出復(fù)位指令。如圖3-2所示。圖3-2復(fù)位電路圖（2）時(shí)鐘電路STM32微型處理器其內(nèi)部是不帶時(shí)鐘模塊的，如果想要電路的正常運(yùn)作，你需要添加晶態(tài)震蕩來產(chǎn)生微芯片的主信號(hào)，但是外部信號(hào)必須由單片機(jī)來運(yùn)行，像線性放大或線性縮小一樣，可以產(chǎn)生單片機(jī)所需的各種頻率信號(hào)。只要在晶體振動(dòng)板上施加交流電壓，晶體就會(huì)變形。這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。當(dāng)外界電壓的評(píng)價(jià)率與晶體振動(dòng)的頻率相同時(shí)，就會(huì)發(fā)生壓電諧振，機(jī)械振幅會(huì)大大新增。本設(shè)計(jì)采用的晶振為12MHZ，其電路結(jié)構(gòu)原理圖如下3-3所示。圖3-3時(shí)鐘電路圖3.2升壓模塊的設(shè)計(jì)本文中所使用的到的升壓模塊是UC3842，所要實(shí)現(xiàn)的功能是輸入24V，輸出50V，輸出功率為40W。以下將簡(jiǎn)要介紹升壓模塊UC3842的參數(shù)特性及主要特點(diǎn)。UC3842AUC3843A是為離線及DC-DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高性能固定頻率電流模式控制器，向設(shè)計(jì)者提供需要最小限度外置部件的高成本效果解決方案。這些集成電路中有精確的占空比控制、溫度補(bǔ)償參考以及可微調(diào)高增益錯(cuò)誤放大器的振蕩器。電流采樣比較器和高電流圖騰柱輸出是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的理想設(shè)備。其他保護(hù)功能包括輸入和參考的低電壓鎖閉功能，分別有滯回性、循環(huán)電流限制、可編程輸出死時(shí)和單脈沖測(cè)量鎖存器。這些設(shè)備由8針的雙內(nèi)聯(lián)塑料包裝和14針的塑料表面安裝包裝（SO-14）提供。SO-14封裝的圖騰柱輸出級(jí)有獨(dú)立的電源銷和接地銷。UCX842A具有16伏（ON）和10伏（OFF）的低電壓鎖定閾值，非常適合離線轉(zhuǎn)換器。UCX843A是專門針對(duì)低電壓應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。低電壓鎖定閾值為8.5伏（路徑）及7.6伏（斷）。UC3842主要特點(diǎn)有：電流模式工作到500KHz；自動(dòng)前饋補(bǔ)償；鎖存脈寬調(diào)制，可逐周限流；大電流圖騰柱輸出；欠壓鎖定，帶滯后；低啟動(dòng)和工作電流。UC3842引腳圖如圖3-4所示。圖3-4UC3842引腳圖-各管腳的功能定義如表所示。本文在AD軟件中畫出的UC3842模塊電路圖如圖3-5所示。圖3-5UC3842模塊電路圖3.3全橋逆變電路的介紹全橋逆變電路分為單相和三相，以及根據(jù)物理量不同又可分為電壓型和電流型，本文主要講述的是單相交流逆變器的設(shè)計(jì)，所以本章節(jié)將簡(jiǎn)單介紹一下單相全橋電壓型逆變電路。如圖3-6所示是單相全橋電壓型逆變電路的電路連接圖。圖3-6單相全橋電壓型逆變電路圖如圖3-6所示，單相全橋電壓型逆變器電路由4個(gè)可看作兩個(gè)半橋電路組合的橋接臂構(gòu)成，2對(duì)橋接臂交替導(dǎo)通180。度。輸出電壓和電流的波形與半橋電路相同，振幅為2倍。要變更輸出AC電壓的有效值，必須變更DC電壓的振幅。在直流電源電壓恒定的情況下，輸出電壓的基本波尺寸不能控制，輸出電壓的諧波頻率低，值大，直流電源電流的脈動(dòng)頻率低，脈動(dòng)值小則大。因此，為了對(duì)負(fù)荷取得良好的輸出電壓波形，降低DC電源的脈動(dòng)，需要使用更大的LCL濾波電路來對(duì)輸出電壓進(jìn)行濾波。因此，本文也正是采用了LCL濾波電路實(shí)現(xiàn)輸出電壓的濾波功能。全橋逆變電路在AD軟件中的電路連接圖如圖3-7所示。圖3-7逆變電路圖3.4LCL濾波電路的設(shè)計(jì)3.4.1LCL濾波器的作用LCL過濾器在網(wǎng)格連接的逆變器中起著重要的作用，將逆變器橋產(chǎn)生的開關(guān)脈沖的電壓和電流轉(zhuǎn)換成連續(xù)的模擬量。具體功能如下。抑制輸出電流的過度變動(dòng)和浪涌的影響。去除由開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的高頻電流成分的濾波功能。為了控制與網(wǎng)格連接的逆變器的輸出，能夠控制與網(wǎng)格連接的電流的振幅和相位，連接網(wǎng)格和逆變器橋的介質(zhì)和桿。功率因數(shù)等于1也可以根據(jù)需要發(fā)送到網(wǎng)格。實(shí)現(xiàn)無功功率、網(wǎng)格側(cè)的純電感和純電容性動(dòng)作特性。允許網(wǎng)格連接的逆變器獲得特定的衰減特性。這有助于設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)；EMC作用。3.4.2LCL濾波器的原理與L濾波器相比，LCL濾波器增加了濾波電感L2和濾波電容器C?；驹硎?，L2和C將L1電流i1中包含的高頻開關(guān)波紋除以阻抗，電容器C通過向高頻成分提供低電阻路徑，有效降低高頻成分。當(dāng)前的i2（即網(wǎng)格電流）。LCL濾波器的原理圖如圖3-8所示。圖3-8LCL濾波電路圖LCL濾波器比單一電感器濾波器性能更好，可以考慮到低頻增益和高頻衰減。與L過濾器相比，LCL過濾器增加了濾光器電感L2和濾光器電容器C。作為3次系統(tǒng)，LCL過濾器需要決定2個(gè)電感和1個(gè)電容，變得更難設(shè)計(jì)。但是，與L過濾器相比，LCL濾波器有更好的優(yōu)勢(shì)，所以設(shè)計(jì)也是很有必要的，是有很好的價(jià)值的。3.4.3LCL濾波器設(shè)計(jì)的約束條件LCL濾波器在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮諸多因素，其中最主要的因素主要有以下幾點(diǎn)：使濾波電感和濾波電容吸收的無功功率盡可能??；滿足電流跟蹤響應(yīng)的要求；橋臂側(cè)電流脈動(dòng)盡可能小。3.5驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路是光伏并網(wǎng)逆變器必不可少的一個(gè)電路，當(dāng)然也是其他控制電路在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到的電路，驅(qū)動(dòng)電路顧名思義就是來驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，使系統(tǒng)能夠工作的電路，本文中的驅(qū)動(dòng)電路主要目的是使得逆變器能將交流電變成直流電。本文中驅(qū)動(dòng)電路選擇的是IR2103驅(qū)動(dòng)芯片，以下將簡(jiǎn)單介紹一下該芯片的相關(guān)功能引腳等。IR2103驅(qū)動(dòng)芯片有以下主要特點(diǎn)：浮動(dòng)通道設(shè)計(jì)自舉操作；可完全工作到+600V；能承受瞬態(tài)負(fù)壓；柵極驅(qū)動(dòng)電壓范圍是10到20V；負(fù)壓鎖定；兼容3.3V，5V和15V；Cross-Conduction預(yù)防邏輯；兩個(gè)信道的匹配傳播延遲；內(nèi)部設(shè)置停歇時(shí)間；高側(cè)輸出同向輸入；LIN輸入層低輸出反相。本文中設(shè)計(jì)的IR2103驅(qū)動(dòng)芯片在使用AD軟件畫出的驅(qū)動(dòng)電路的電氣連接圖如圖3-9所示。圖3-9IR2103驅(qū)動(dòng)電路圖第四章單相交流逆變器軟件設(shè)計(jì)軟件的部分主要是，在這篇文章中使用的編程語言是C語言，程序在Keil操作環(huán)境中記述和調(diào)試，PCB電路圖用AltiumDesigner軟件繪制，本章節(jié)將簡(jiǎn)單介紹下這兩種軟件的使用，以及在此環(huán)境下所設(shè)計(jì)并搭建的單相交流逆變器的仿真圖形。4.1Keil軟件的介紹對(duì)于程序的編寫主要有匯編語言和C語言，以下部分分析了匯編語言和C語言的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本設(shè)計(jì)借助的是KEIL軟件，所以綜合考慮選擇使用C語言進(jìn)行程序編寫。解決方案1：使用匯編語言設(shè)計(jì)。匯編語言是相對(duì)較低的編程語言，與指令系統(tǒng)和硬件非常接近。匯編語言需要依賴硬件，兼容性低，移植到其他平臺(tái)不容易，編程也非常困難，設(shè)計(jì)效率低，所以匯編語言的應(yīng)用受到了很大限制。因此，這個(gè)系統(tǒng)不使用匯編語言。選項(xiàng)2：開發(fā)時(shí)使用C語言。C語言是考慮到各種高級(jí)語言特性的編譯型編程語言，具備匯編語言的功能。C語言具有豐富的庫(kù)函數(shù)、快速的計(jì)算速度、高編譯效率、優(yōu)秀的移植性，可以直接控制系統(tǒng)硬件。此外，C語言程序具有完全的模塊程序結(jié)構(gòu)，因此在軟件開發(fā)中可以強(qiáng)力保證模塊程序的使用。因此，C語言編程的使用成為軟件開發(fā)的主流。在程序設(shè)計(jì)中使用C語言的話，開發(fā)周期會(huì)大幅縮短，會(huì)開發(fā)出更大規(guī)模、更完整的系統(tǒng)。使用C語言實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)功能的程序的編寫，然后我們?cè)贙eil環(huán)境下進(jìn)行編譯調(diào)試。Keil軟件它的功能也非常強(qiáng)大，我們可以實(shí)時(shí)編譯、調(diào)試，能夠節(jié)省很多的時(shí)間。通過自己嘗試便可以發(fā)現(xiàn)這款軟件的好處所在。如圖4-1所示為Keil開發(fā)環(huán)境的主界面圖。圖4-1RealViewMDK集成開發(fā)環(huán)境界面從RealViewMDK的集成開發(fā)環(huán)境界面可以看出，RealViewMDK項(xiàng)目創(chuàng)建簡(jiǎn)單，程序的設(shè)計(jì)調(diào)試不需要第三方軟件與硬件的支持。4.1.1STM32F10X程序下載的方法STM32的程序下載有兩種方法：利用芯片內(nèi)部固化的BootLoader通過串口下載；使用下載工具通過JTAG接口進(jìn)行下載。圖4-2JTAG接口電路4.2AltiumDesigner軟件的介紹硬件電路的設(shè)計(jì)是在AD（AltiumDesigner）軟件中進(jìn)行的。AD軟件已經(jīng)不足單純的PCB(印刷電路板)設(shè)計(jì)工具，而是由多個(gè)模塊組成的系統(tǒng)工具，分別是SCH(原理圈)設(shè)計(jì)、SCH仿真、PCB設(shè)計(jì)、AutoRouter(自動(dòng)布線器)和FPGA設(shè)訓(xùn)等，攫蓋了以PCB為核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)。該軟件內(nèi)部有大量的元器件庫(kù)，也可以根據(jù)需要建庫(kù)。本設(shè)計(jì)中需要最后畫出符合本文功能需求的硬件電路圖，所以會(huì)用到PCB繪制的流程還有PCB得到的方法，本文得到PCB所使用的是先畫出原理圖，檢查電氣連接無誤后，把元器件導(dǎo)出來繪制PCB，根據(jù)本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中的體會(huì)，設(shè)計(jì)PCB應(yīng)該主要包括以下流程：設(shè)計(jì)PCB的流程為：1、新建封裝庫(kù)；2、在庫(kù)里自己新建元件然后封裝自己所需要的元器件；3、新建元件庫(kù)；4、在元件庫(kù)中新建元器件；5、新建工程組；6、在工程組中新建一個(gè)PCB的工程；7、在PCB工程中加入原理圖中的文件；8、在原理圖文件中添加自己封裝好的元器件，然后進(jìn)行連接，繪制原理圖；9、在PCB工程中添加PCB文件；10、把設(shè)計(jì)好的原理圖導(dǎo)入到PCB當(dāng)中；11、設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)則；12、在PCB文件中進(jìn)行元器件的布局以及鋪銅，繪制PCB；13、PCB設(shè)計(jì)完成之后也需要進(jìn)行電氣規(guī)則的檢查；14、電氣連接規(guī)則檢查沒有錯(cuò)誤之后，就可以導(dǎo)出PCB圖，進(jìn)行生產(chǎn)。15、在PCB加工生產(chǎn)過程中就可以導(dǎo)出PCB中的元器件，也就是BOM表。16、PCB生產(chǎn)出來之后，再加上BOM表，自己就可以進(jìn)行焊接。17、板子焊接好之后，進(jìn)行硬件軟件的調(diào)試。4.3仿真結(jié)果及分析本文主要是采用STM32F103C8T6芯片實(shí)現(xiàn)了對(duì)于單相交流逆變器輸出電壓的控制，使用IR2103自舉驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行工作，同時(shí)也使用UC3842模塊進(jìn)行升壓，使用LCL濾波電路實(shí)現(xiàn)對(duì)于輸出電