400w微型逆变器, 基于stm32g474实现 设计方案，不是成品 带有源代码、原理图(AD)、PCB(AD)

一、项目概述

本项目是基于STM32G474微控制器实现的400W微型逆变器控制系统，通过精准的硬件外设配置与软件逻辑设计，实现直流到交流的电能转换，同时具备完善的参数监测、故障保护与数据交互功能，适用于分布式光伏并网、小型储能系统等场景，为低压直流电源提供高效、稳定的交流电能输出解决方案。

二、核心功能模块解析

（一）系统初始化模块

系统初始化是逆变器稳定运行的基础，涵盖时钟配置、外设初始化与硬件校准三大核心环节，确保各模块按预设参数启动并达到工作状态。

1. 时钟配置

采用HSI（16MHz内部高速振荡器）作为时钟源，通过PLL（锁相环）进行倍频与分频，最终生成高性能系统时钟。具体参数为：PLL输入分频系数4、倍频系数85、输出分频系数6，使得系统核心时钟（SYSCLK）、高速总线时钟（HCLK）、外设总线时钟（APB1/APB2）均达到高效运行水平，为ADC采样、PWM生成、SPI通信等高速操作提供稳定时钟支撑。

2. 外设初始化

• ADC（模数转换器）：初始化ADC1与ADC2，采用双模式工作（规则通道交错+注入通道同步），ADC1负责高压直流电压（HVDC）采样，ADC2负责高压直流电流（I_HVDC）采样，采样分辨率12位，采样时间12.5个时钟周期，兼顾采样精度与速度，同时启用DMA1通道1实现采样数据的无CPU干预传输，提升系统实时性。
• DAC（数模转换器）：初始化DAC3的两个通道，分别为比较器COMP1/COMP3（MOSFET过流检测）和COMP4（总线过流检测）提供参考电压，通过精准的模拟电压输出，为过流阈值设定提供硬件级基准。
• COMP（比较器）：初始化COMP1、COMP3、COMP4三个比较器，COMP1与COMP3监测MOSFET电流，COMP4监测总线电流，将检测到的电流信号与DAC输出的参考电压对比，快速输出过流判定结果，为故障保护提供硬件级快速响应。
• OPAMP（运算放大器）：初始化OPAMP1与OPAMP2，OPAMP1用于HVDC电压信号放大，OPAMP2用于HVDC电流信号放大，通过高增益、低噪声的信号调理，提升弱信号检测精度，确保采样数据的准确性。
• TIM（定时器）：初始化TIM1、TIM2、TIM16三个定时器，TIM1用于生成MOSFET驱动PWM信号并集成故障刹车功能，TIM16用于辅助驱动信号生成，TIM2用于系统定时任务调度，通过精准的定时与PWM控制，实现逆变器功率管的高效开关控制。
• SPI（串行外设接口）：初始化SPI3作为数据交互接口，采用16位数据宽度、主模式、时钟极性低、时钟相位1边沿的通信协议，实现与外部设备（如显示模块、通信模块）的高速数据传输，用于状态上报与指令接收。
• GPIO（通用输入输出）：配置多个GPIO引脚，涵盖电源状态检测（PGOODDCDCBOOST）、MOSFET驱动信号输出（DRVHFMOSBOTT/DRVLFMOSBOTT）、故障信号输入（OC_IN）等功能，为硬件状态监测与控制信号输出提供接口。

3. 硬件校准

在初始化阶段，执行ADC单端模式校准（HALADCExCalibrationStart），消除ADC硬件固有的偏移误差；同时读取MCU内部温度传感器校准值（TEMP110CALVALUE、TEMP30CAL_VALUE），为后续温度计算提供校准基准，确保各硬件模块的测量精度。

（二）数据采集与处理模块

数据采集与处理是逆变器控制的核心，通过多维度参数监测，实时掌握系统运行状态，为功率控制与故障保护提供数据支撑。

1. 采集参数类型

• 电气参数：包括高压直流电压（HVDC）、高压直流电流（I_HVDC）、输入电压（VIN）、电池电压（VBAT），通过ADC采样与OPAMP信号放大，实现对电能转换关键电气参数的精准监测。
• 温度参数：包括MCU内部温度（INTTEMP）、外部NTC温度（TMONNTC），分别通过ADC采样内部温度传感器与外部NTC电阻分压信号，实现对系统核心器件温度的实时监测，预防过热故障。

2. 采集方式

• 规则通道+DMA：ADC1与ADC2的规则通道用于常规电气参数采样，通过DMA1通道1将采样数据直接传输至内存缓冲区（ADC12BUFFER、ADC2BUFFER），无需CPU干预，减少系统开销，确保采样频率稳定。
• 注入通道+软件触发：注入通道用于临时、高优先级的参数采样（如温度、电池电压），通过软件触发（HALADCExInjectedStart）启动采样，满足系统对非周期性参数的监测需求。

3. 数据处理

• 数据解析：通过GetLSB与GetMSB函数分离DMA传输的32位数据中的低16位（ADC2采样值）与高16位（ADC1采样值），分别对应不同的监测参数。
• 单位转换：根据ADC采样原理（采样值=（输入电压/VREF）ADCCODE），将12位ADC采样值转换为实际电压值，例如HVDC电压计算：VHVDC = GetLSB(ADC12BUFFER[0])VREF/ADCCODE（VREF=3290mV为参考电压）。
• 滤波处理：对过流检测信号（OCIN）采用软件滤波（OCFILTER=5），通过多次采样确认，避免单次干扰信号导致的误触发，提升故障检测的可靠性。

（三）PWM生成与MOSFET驱动模块

PWM生成与MOSFET驱动是逆变器功率转换的核心，通过精准的PWM控制，实现直流电能到交流电能的高效转换。

1. PWM信号生成

由TIM1定时器生成PWM信号，具体参数包括：计数器模式向上计数、自动重装载值（ARR）65000、预分频系数0，通过调整比较值（CCR）实现PWM占空比控制；同时配置TIM1的死区时间（150个时钟周期），防止上下桥臂MOSFET同时导通导致的短路故障。

2. 驱动逻辑

根据逆变器拓扑结构，TIM1生成的PWM信号通过GPIO引脚（DRVHFMOSBOTT/DRVLFMOSBOTT）输出至MOSFET驱动芯片，控制高频（HF）与低频（LF）功率管的开关状态；同时通过TIM16辅助生成驱动信号，优化功率管开关时序，提升转换效率。

3. 故障刹车

TIM1集成故障刹车功能，将COMP1/COMP3/COMP4的过流信号、外部故障信号（OCIN）作为刹车触发源，当检测到故障时，立即触发TIM1刹车（TIMBREAK_ENABLE），关闭PWM输出并锁定驱动信号，防止故障扩大，保护功率器件安全。

（四）故障保护模块

故障保护是逆变器安全运行的关键，通过硬件快速响应与软件逻辑判断，实现多维度故障的精准检测与及时处理。

1. 故障类型

• 过流故障：包括MOSFET过流（MOSFETOVERCURRENT）与总线过流（BUSOVERCURRENT），通过COMP1/COMP3/COMP4比较器检测电流信号是否超过DAC设定的阈值（OVERCURRENTMOS=330mV对应16.5A、OVERCURRENTBUS=720mV用于测试），触发硬件级快速保护。
• 过压/欠压故障：包括输入过压（VINOV）与输入欠压（VINUV），通过ADC采样VIN电压并与预设阈值比较，判断输入电压是否超出正常范围，避免器件因电压异常损坏。
• 过热故障：包括MCU过热（MCUOVERTEMPERATURE）与MOSFET过热（MOSFETOVERTEMPERATURE），通过ADC采样内部温度与NTC温度，与预设温度阈值比较，防止器件因过热导致性能下降或损坏。
• 通信故障：包括SPI传输错误（SPITRANSFERERROR），通过SPI通信状态监测（ubTransmissionComplete、ubReceptionComplete标志），判断数据传输是否正常，确保系统与外部设备的通信可靠性。

2. 保护机制

• 硬件级保护：COMP比较器检测到过流后，直接触发TIM1刹车功能，瞬间关闭PWM输出，响应时间微秒级，实现故障的快速隔离。
• 软件级保护：在主循环中周期性检查各参数状态，当检测到过压、欠压、过热等故障时，更新系统状态（SystemState），执行保护动作（如关闭功率输出、上报故障代码），并通过SPI接口上报故障信息；同时设置故障滤波机制，避免瞬时干扰导致的误保护。

（五）数据交互模块

数据交互模块实现逆变器与外部设备的信息互通，用于状态上报、指令接收与参数配置，提升系统的可监控性与可操作性。

1. 交互接口

采用SPI3作为核心交互接口，硬件连接为GPIOB引脚（PB3=SCK、PB4=MISO、PB5=MOSI），支持全双工通信，数据传输速率由SPI时钟分频系数（LLSPIBAUDRATEPRESCALER_DIV8）决定，兼顾传输速度与稳定性。

2. 数据格式

• 发送数据：采用3个16位数据缓冲区（SPITxBuffer），分别存储系统状态（如运行模式、故障代码）、电气参数（如HVDC电压、IHVDC电流）、温度参数（如MCU温度、NTC温度），通过SPIx_Transfer2函数批量发送至外部设备。
• 接收数据：采用3个16位数据缓冲区（SPI_RxBuffer），接收外部设备发送的指令（如功率设定、启停控制）或配置参数（如保护阈值调整），接收完成后更新系统控制参数。

3. 交互流程

• 发送流程：在DMA数据采集完成后，将处理后的系统状态与参数填入SPITxBuffer，调用SPIxTransfer2函数启动SPI传输，等待传输完成标志（ubTransmissionComplete）置位，确认数据发送成功。
• 接收流程：SPI接口实时监测接收完成标志（ubReceptionComplete），当检测到数据接收后，读取SPI_RxBuffer中的数据，解析指令或配置参数，并更新系统相应控制变量，实现外部对逆变器的控制。

（六）系统状态管理模块

系统状态管理模块通过状态机设计，实现对逆变器全运行周期的精细化控制，确保系统在不同工况下稳定运行。

1. 状态类型

• 系统初始化（SYSTEMINIT）：系统上电后进入该状态，执行硬件初始化、校准与参数复位，完成后切换至系统正常（SYSTEMOK）状态。
• 系统正常（SYSTEM_OK）：系统无故障，正常执行功率转换、数据采集与交互功能，根据负载需求调整PWM占空比，实现稳定功率输出。
• 故障状态：包括MOSFET过流（MOSFETOVERCURRENT）、MCU过热（MCUOVERTEMPERATURE）等多种故障状态，进入故障状态后，立即执行保护动作，待故障排除后，通过复位或指令恢复至正常状态。

2. 状态切换逻辑

• 初始化到正常：初始化阶段无硬件错误、校准完成且各参数检测正常时，自动切换至SYSTEM_OK状态，启动PWM输出与功率转换。
• 正常到故障：实时监测故障信号（如COMP输出、ADC参数超限），当检测到故障时，更新SystemState为对应故障类型，触发保护动作（关闭PWM、上报故障）。
• 故障到正常：故障状态下，周期性检测故障是否排除（如过流信号消失、温度恢复正常），若故障解除，通过软件复位或外部指令切换回SYSTEM_OK状态，恢复功率输出。

三、系统工作流程

（一）上电启动阶段

1. 系统上电后，首先执行HALInit初始化HAL库，随后配置系统时钟（SystemClockConfig），为各外设提供稳定时钟。
2. 初始化所有外设（GPIO、DMA、ADC、DAC、COMP、OPAMP、TIM、SPI），完成硬件参数配置与校准。
3. 启动OPAMP（HALOPAMPStart）、DAC（配置参考电压并启动）、COMP（HALCOMPStart），初始化SPI并使能SPI3外设。
4. 启动ADC双模式DMA采样（HALADCExMultiModeStartDMA），开始常规参数采集，系统进入初始化状态（SYSTEMINIT）。
5. 初始化完成且无硬件故障时，切换至SYSTEM_OK状态，准备启动功率转换。

（二）正常运行阶段

1. 数据采集：ADC通过DMA持续采集电气参数，注入通道定期采集温度参数，数据传输至缓冲区后，触发DMA中断（DMA1Channel1IRQHandler），置位采集完成标志（aqusitionDMA1_1）。
2. 数据处理：主循环检测到采集完成标志后，解析ADC数据，转换为实际电压、电流、温度值，更新系统参数变量（VHVDCADCVAL、IHVDCADCVAL等）。
3. PWM控制：TIM1生成PWM信号驱动MOSFET，根据负载需求调整PWM占空比，同时监测故障信号，确保驱动信号正常输出。
4. 数据交互：通过SPI3周期性发送系统状态与参数至外部设备，接收外部指令并更新控制参数，实现远程监控与控制。
5. 故障监测：实时监测COMP输出（过流）、ADC参数（过压/欠压/过热），若检测到故障，立即切换至故障状态，执行保护动作。

（三）故障处理阶段

1. 故障触发：当COMP检测到过流、ADC检测到参数超限或SPI通信错误时，更新SystemState为对应故障类型。
2. 保护动作：触发TIM1刹车功能（关闭PWM输出），关闭MOSFET驱动，防止故障扩大；同时通过SPI上报故障代码，提示用户故障类型。
3. 故障恢复：故障状态下，系统周期性检测故障是否排除，若故障解除，通过软件复位（如重新初始化外设）或外部指令，恢复至正常运行状态，重启功率转换。

四、关键技术特点

（一）高可靠性

1. 硬件级故障保护：采用COMP比较器与TIM刹车功能，实现过流故障的微秒级响应，快速切断驱动信号，保护功率器件。
2. 软件滤波与校准：ADC采样数据采用DMA传输减少干扰，过流信号采用软件滤波避免误触发，同时执行ADC与温度传感器校准，确保测量精度。
3. 多维度监测：覆盖电气参数（电压、电流）、温度参数（MCU、NTC）、通信状态（SPI）的全方位监测，无死角捕捉系统异常。

（二）高效性能

1. DMA无CPU干预：ADC采样数据通过DMA直接传输至内存，减少CPU开销，确保采样频率稳定，满足逆变器高频功率转换需求。
2. 精准PWM控制：TIM1支持死区控制与故障刹车，生成高精度PWM信号，优化MOSFET开关时序，提升电能转换效率。
3. 高速数据交互：SPI3采用16位数据宽度与优化的通信协议，实现与外部设备的高速数据传输，满足实时状态上报与指令接收需求。

（三）灵活性与可扩展性

1. 模块化设计：各功能模块（采集、驱动、保护、交互）独立设计，便于维护与升级，可根据不同功率等级需求调整硬件参数与软件逻辑。
2. 可配置参数：保护阈值（如OVERCURRENTMOS、OVERCURRENTBUS）、PWM参数（如死区时间、频率）可通过软件配置或外部指令调整，适应不同应用场景。
3. 通用接口：SPI接口支持与多种外部设备通信，可扩展显示模块、无线通信模块（如4G、WiFi），实现远程监控与智能控制。

五、总结

本基于STM32G474的400W微型逆变器代码，通过完善的硬件外设配置、精准的数据采集与处理、可靠的故障保护机制，实现了直流到交流的高效电能转换。系统具备高可靠性、高效性能与灵活扩展性，可广泛应用于分布式光伏、小型储能等场景，为低压直流电源提供稳定、安全的交流电能输出解决方案。同时，模块化的设计与清晰的工作流程，也为后续功能升级与维护提供了便利。

400w微型逆变器, 基于stm32g474实现 设计方案，不是成品 带有源代码、原理图(AD)、PCB(AD)