跳转到主要内容

基于GD32F303 MCU的通用变频器方案设计

<strong><font color="#004a85"> 前 言</font> </strong>

我国在2020年9月明确了2030年碳达峰和 2060年碳中和的目标，未来四十年内实现净零排放对中国而言将是一项具有挑战性的任务。对于电机行业来说，电机在工业领域占有重要位置，据统计，我国电机每年耗电量占全社会总用电量的69%，约占工业用电的75%。因此减少电机生命周期内的碳排放，加速推进减碳进程，是电机行业面临的重要任务。变频调速技术可以精确控制交流电机的转速，使电机在节能状态下运行，是对传统电机系统调速改造、提升电机系统运行效率的关键措施。传统变频器具有体积大、性能低、价格高的特点，除此之外还对环境有一定的要求，对于分散控制的场合，传统变频器难以适应工业应用的需求。

本文基于GD32 MCU的VF/矢量变频器的控制系统，采用模块化设计，控制面板，用户接口可按需求自由组合，便于安装、编程和初始化设计，轻松实现异步电动机的调速要求。同时采用总线技术，可方便与控制系统、集散系统连接，实现计算机驱动系统控制和工厂车间集中控制。因此该变频器在汽车、食品、物料输送、工业控制等智能制造领域有广阔的应用空间。

<strong><font color="#004a85">系统框图</font> </strong>

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-10/wen_zhang_/100554850-225082-1.png&…; alt=支持制造业实现智能化转型 | 基于GD32F303的通用变频器方案设计"></center>

<strong><font color="#004a85">方案特点</font> </strong>

方案核心采用GD32F303RCT6控制，使系统具有结构简单、实现方便、成本低、可靠性高等特点。在优化了硬件结构的同时不降低系统的性能，硬件系统模块清晰直观，方便安装使用以及程序的初始化。调制方式采用SVPWM控制技术能有效减少逆变器输出电压谐波成分，电压利用率高，控制精度高。

<strong><font color="#004a85"> GD32F303简介</font> </strong>

<ul>
<li>
<p>Cortex®-M4内核@ 120MHz</p>
</li>
<li>
<p>支持软硬件DSP指令</p>
</li>
<li>
<p>闪存访问为零等待状态</p>
</li>
<li>
<p>内置256 KB至3072 KB闪存</p>
</li>
<li>
<p>内置48KB至96KB SRAM</p>
</li>
<li>
<p>EXMC接口支持外部SDRAM</p>
</li>
<li>
<p>高达5个UART (9Mbit/s)</p>
</li>
<li>
<p>高达3个SPI (30Mbit/s)</p>
</li>
<li>
<p>高达2个I2C (400Kbit/s)</p>
</li>
<li>
<p>高达2个CAN2.0B</p>
</li>
<li>
<p>高达2个I2S</p>
</li>
<li>
<p>支持SDIO、以太网MAC</p>
</li>
<li>
<p>支持USB OTG FS</p>
</li>
<li>
<p>高达3个12位，2.6M SPS ADC（高达24通道）</p>
</li>
<li>
<p>高达2个DAC</p>
</li>
<li>
<p>待机电流为2uA</p>
</li>
</ul>

<strong><font color="#004a85">核心控制原理及实现</font> </strong>

空间矢量脉宽调制控制具有线性范围宽、高次谐波少、易于数字化等优点，所以在感应电机中应用广泛。在传统的三相桥式驱动电路中，MOS管有８种开关组合，即000、001、010、011、100、101、110、111。其中000、111为零矢量。６个非零基本电压空间矢量将αβ 平面分成６个扇区，如图所示。为了得到一个圆形的旋转磁场，可以通过控制８个基本的空间电压矢量的作用时间，合成各个基本空间电压矢量的作用时间和输出顺序。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-10/wen_zhang_/100554850-225083-2.png&…; alt=“支持制造业实现智能化转型 | 基于GD32F303的通用变频器方案设计"></center>

GD32的TIMER0模块是增强型的定时器模块，天生就是为电机控制而生，可以产生3组6路PWM，同时每组2路PWM为互补，并可以带有死区，可以用来驱动H桥。文中利用TIM0模块的三通道产生一共6路PWM输出。具体步骤如下：

1、开TIM0时钟，配置相应的IO口为复用输出。

2、设置TIM0的ARR和PSC，在开启了TIM0的时钟之后，要设置ARR和PSC两个寄存器的值来控制输出PWM的周期。

3、设置TIM0_CH0、TIM0_CH1、TIM0_CH2的PWM模式。

4、使能TIM0的CH0~CH2输出，使能TIM0。

5、修改TIM0_CCR1~TIM0_CCR2来控制占空比。

通过以上配置，配合GD32F303的运算能力，对占空比进行实时调节，达到矢量控制的效果。

<strong><font color="#004a85">整机性能参数</font> </strong>

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-10/wen_zhang_/100554850-225084-3.png&…; alt=“支持制造业实现智能化转型 | 基于GD32F303的通用变频器方案设计"></center>

<strong><font color="#004a85">产品展示</font> </strong>

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-10/wen_zhang_/100554850-225085-4.png&…; alt=“支持制造业实现智能化转型 | 基于GD32F303的通用变频器方案设计"></center>

来源：<a href="https://mp.weixin.qq.com/s/Ga2gi2JyvPhfNcQotGAJ2A">恩智浦MCU加油站</a&gt;
免责声明：本文为转载文章，转载此文目的在于传递更多信息，版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请联系小编进行处理（联系邮箱：cathy@eetrend.com）。