使用 MCU STM32 NUCLEO 進行數位控制的全橋直流-交流轉換器

為什麼要使用MCU數位方法來控制直流-交流轉換器，而不是使用普通的類比IC來進行控制呢？

1. 靈活性和可編程性： MCU具有軟體可編程的特性，能夠根據需要靈活調整控制策略和參數，實現不同的功能和行為，並且可以進行即時更新和修改。
2. 即時性和可靠性： MCU具有較高的處理速度和即時性，能夠實現快速的控制反應，並且可以實現更精確的控制。這對於需要即時調整的應用場景非常重要，例如直流-交流轉換器需要根據輸入電壓或負載的變化進行快速調整。
3. 成本效益： MCU的製造成本通常相對較低，而且可以節省設計空間，因為它們在同一個芯片上集成了多個功能。這使得使用MCU控制直流-交流轉換器在成本上更具競爭力。
4. 集成度和功能豐富性： MCU通常集成了多種功能，例如數位輸入/輸出（I/O）、通信介面、計時器等，這些功能有助於實現更完整和複雜的控制系統。相比之下，普通的類比IC通常只提供有限的功能，需要額外的外部元件來實現較複雜的控制。

控制直流-交流轉換器的步驟如下所示：

硬體設計：

• 選擇適合的MCU，例如STM32 NUCLEO，考慮其處理能力、輸入/輸出介面、通訊介面等特性。
• 設計適當的驅動電路，將MCU的輸出連接到直流-交流轉換器的控制端，以便控制轉換器的開關元件。
• 如果需要，連接感測器以及其他必要的電路元件，以實現監控和保護功能。

軟體設計：

• 編寫MCU的控制程式，通常使用C、C++等程式語言。
• 根據轉換器的控制方式，設計適當的控制算法，例如脈寬調製（PWM）控制、諧振控制等。
• 實現必要的保護機制，例如過電流保護、過壓保護等。

驗證和調試：

• 燒錄程式到MCU中。
• 通過測試和調試確保控制系統的正常運作，包括功能驗證、性能測試等。

部屬和優化：

• 部署控制系統到實際應用中。
• 根據實際情況進行優化和調整，以確保系統的性能和穩定性。

系統流程圖如下圖所示：



系統說明 :
當系統開始時，首先檢查 ADC 轉換是否完成。如果尚未完成，則等待完成；一旦完成，則計算交流側電壓的頻率以及該週期的有效值。接著判斷是否需要進行保護程序。若需要，則清除所有 PWM 模組訊號，將所有 PWM 中斷副程式使用的變數歸零重置，然後結束 PWM 中斷。若不需要保護，則繼續執行 PWM 中斷副程式，更新狀態觀察器的預測值，並根據這些預測值執行電壓迴圈和電流迴圈計算。同時，更新該次責任週期的前饋計算值，最後更新責任週期的結果，並結束系統。