基于STM32单片机的三相AC-DC变换系统设计与实现

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摘要：近年来，电气电子技术不断发展和理论技术不断的更新换代，对输出高质量交流电、具备较好的负载适应性及调压、调频等专业性问题提出了更高的要求。更重要的是，在光伏并网发电系统中，三相AC-DC逆变器作为光伏阵列与电网的接口设备，其拓扑结构决定着整 个系统的效率和成本，是影响系统经济可靠运行的关键因素。本文设计了基于STM32单片机对三相AD-DC交换系统的实现，实现AD-DC交换系统主要采用PID算法、电压型AD-DC交换器、变压电路、降压电路的选择Buck电路，并用数字处理器产生的 PWM 信号经 PWM 驱动电路输出 PWM 波。

关键词：STM32F103C8T6单片机；PID算法；电压型AD-DC交换器；Buck电路

一、STM32F103C8T6单片机系统概述

（一）STM32F103C8T6单片机简介

STM32F103C8T6是一款由意法半导体公司（ST）推出的基于Cortex-M3内核的32位微控制器，硬件采用LQFP48封装，属于ST公司微控制器中的STM32系列。除了被我们熟知的STM32，ST公司还有SPC5X系列、STM8系列等。

（二）STM32F103C8T6单片机工作原理

本实验采用PID算法来实现电压赋值在36V之间内稳定，本次研究主要由三相隔离变压器向三相电压器输入信号，在进行功率分析，在此经过LC滤波电容通过三相电AC-DC电路，在通过DCDC降压电路，在经过STM32F103C8T6单片机实现PID算法的稳负作用。

二、基于STM32单片机的三相AC-DC变换系统设计与实现

（一）整体设计

为实现AD-DC交换电路的效率要求高，且AC-DC交换电路输入测功率因素不低于0.99，且要求进行PID快调控和慢调控从而控制第一问输出电压U0的电压稳定在36V，误差在0.1V之间，就需要根据DC-DC输出端的电压进行反馈控制升压参数，注意，并网也需要调整三相的SPWM波的相序与其电网相同，针对以上问题，作出以下分析：1、三相AC-DC对DCDC降压电路要实时监控作用，就采用到单片机的显示器中；2、PID算法也需要通过单片机程序实现。原理框图如图（1）所示。

（二）硬件和软件实现

本次实验主要采用PID算法、电压型AD-DC交换器、Buck电路来实现三相AD-DC交换功能。

1.电压型AD-DC交换器。针对本次研究的问题，需要将交流电转换成直流电，通过电压型AD-DC交换器升压变换降压变换交直流转换AC-DC，极性变换正负极性转换，直流侧电压极性不改变，而功率方向随着直流电流的方向改变而改变，电压型变换器能力传递是双向的，输出电压的幅值、相角和频率都是可以通过自身来调控的，有效地消除输入电流纹波，实现交直流双向变换，并且限流能力强，短路保护可靠性。电压型AC-DC变换电路直流侧输出电压纹波不仅少，而且等级可调且母线稳定，网侧电流大小会随正弦波大小而改变，却近视等于正弦波大小的电压值此事功率因数约为1。

2.PID算法。为将电路的电压控制在36v，误差在0.1V以内，通常采用的是PID算法来实现，PID算法，就是“比例（proportional）、积分（integral）、微分（derivative）”，是一种常见的“保持稳定”控制算法。针对本文研究的问题，需要将输出的U0电压稳定在36V+-0.1V之间，很显然需要根据AC-DC输出端的电压进行反馈控制升压参数，当每次PID运算时，在原来的积分值的基础上，增加一个与当前的误差值ev（n）成正比的微小部分。误差为负值时，积分的增量为负。综上所述，PID算法可以实现本次要求。

3.Buck电路。在电路设计过程中需要将杂志的电压电流通过LC电容器滤掉，而Boost电路拓扑结构主要由Mos管Q整流管D、电感 L和滤波电容 C等组成的电路就有这样的功能，将输入的电压电流在Boost电路中把不要的电流滤掉在输出到三相电AC-DC中去，另一方面，选择导通压降较小、反应速度较快的肖特基二极管作为 Boost 电路的整流二极管，所以其还有另外一种功能，就是将电压为 Ui 的输入直流电通过 Boost 电路可转换成比电压 Ui 更高的输出直流电。

功率开关管在一个开关周期内导通关断的占空比决定了输出直流电压。d 越大，输出的电压就越大。d 越小，输出的电压就越小。因为 d 恒小于或等于 1，所以称该电路为降压电路。降压电路的效率高，并且可以实现输出大电流的直流电。

三、结论

使用STM32F103C8T6单片机对三相电AC-DC交换的创新点符合现在电气电子技术的发展水平和理论基础，有效地提高的AD-DC交换的效率和功能。在调幅模式下，输出电压为36V之间稳压可调，误差为±0.1V，有着广泛的应用前景。

参考文献：

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项目来源：泉州信息工程学院大学生创新创业训练计划项目资助