淺談數字式電鍍電源并聯均流系統設計

本文為了實現大功率數字式電鍍電源，提出了一種基于ARM芯片STM32F103的數字式電鍍電源并聯均流系統設計方案，并完成系統的軟硬件設計。該系統采用STM32F103作為主控芯片，通過CAN總線控制多個電源模塊并聯工作并使其電流均勻，達到大功率輸出的目的。系統具有多種工作模式和外設接口，人機界面友善。實際使用聲明，系統工作穩定，達到設計要求。

STM32系列解決器是由意法半導體ST公司加工、基于ARM公司Cortex-M3內核的MCU,專門為微控制系統、汽車控制系統、工業控制系統和無線網絡等嵌入式使用范疇而設計，具有高性能、低功耗、高集成度、豐富且性能出眾的片上外設、編程復雜度低等優勢。數字式電鍍電源并聯均流系統以數字通信和控制的方式實現多個電源模塊的并聯工作，提供更大的輸出功率，具有組合靈活、可靠性高、人機接口友善、工作模式多樣等優勢。本文采用STM32F103VET6解決器作為主控芯片，實現了一種以CAN總線為通信媒介、具有穩壓/穩流/安培時/工藝曲線/遠程控制5種工作模式、液晶圖形顯示的數字式電鍍電源并聯均流系統（以下簡稱"并聯均流系統"），給出了系統主要軟硬件的具體設計方案。

1總體設計

并聯均流系統由主控模塊和功率模塊組成，如圖1所示。主控模塊和功率模塊間以高效和高可靠性的CAN總線為通信媒介。主控模塊完成人機交互和整機的運行監控。每個功率模塊實質為單個電源模塊，按照主控模塊的指令以穩壓或穩流的方式工作。系統在穩流工作方式下，主控模塊將設定工作電流平均分配給每個功率模塊，功率模塊依據分配電流控制本模塊以穩流方式運行，從而實現系統穩流和均流。系統在穩壓工作方式下，主控模塊指定一個功率模塊為主模塊，其余為從模塊。主模塊按照主控模塊給定的電壓以穩壓方式工作，實現系統穩壓。同時主控模塊獲取每個功率模塊的電流，計算均勻電流并分配給從模塊，從模塊按照均勻電流以穩流方式工作，實現系統均流。在穩流或穩壓工作的基礎上，安培時模式下主控模塊統計工作安培時數，當達到設定安培時數時進行加藥控制。工藝曲線模式下主控模塊控制系統按照設定的穩壓或穩流工作曲線工作。遠程控制模式下，上位機通過與主控模塊通信完成對系統的運程監控。

圖1系統總體結構圖（點擊查看大圖）

2系統硬件設計

2.1主控芯片STM32F103VET6

STM32F103VET6屬于STM32F103加強系列解決器，具有更多片內RAM和外設，詳盡特性如下：

1）采用基于哈佛架構的3級流水線內核Cortex-M3,具有單周期乘法、硬件除法特性，最高工作頻率72MHz,運算速度高達1.25DMips/MHz.

2）內置高速存儲器，高達512k字節的閃存和64k字節的SRAM.

3）多達80個快速多功能雙向I/O口，所有I/O口可以映射到16個外部中斷；幾乎所有端口均可容忍5V信號。

4）多達11個定時器，包括4個16位通用定時器、2個16位帶死區控制的PWM高級控制定時器、2個看門狗定時器、系統時間定時器、2個用于驅動DAC的16位基本定時器。

5）多達13個通信接口，包括2個I2C接口、5個USART接口、3個SPI接口、CAN接口、USB2.0全速接口、SDIO接口。

6）3個12位A/D轉換器，1μs轉換時間（多達21個輸入通道）和2通道12位D/A轉換器。

STM32F103VET6出色的性能和豐富的資源使得幾乎不需要擴展外圍電路就能完全滿足設計要求，使硬件設計大為簡化。執行速度和內存容量完全滿足主控模塊的多任務實時使用。如圖1所示，主控模塊設計使用STM32F103VET6的CAN、USART、USB等通信接口，CAN用于和功率模塊通信，2個USART分別用于微型打印機和485通信（上位機通信），USB用于筆記本現場配置電源系統參數。主控模塊人機界面中的LCD、按鍵、LED指示、蜂鳴器以及加藥開關，均通過GPIO連接，共計34個。

聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除