基于STM32G474的400W微型逆变器设计与实现：含源代码、原理图及PCB设计图

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)

400 W 微型逆变器 V2.0 DCAC 量测核心

—— 软件功能说明书

（基于 STM32G474，面向高压直流侧采样与保护）

一、项目定位

Microinverter DCAC 板是 400 W 微型逆变器三段式架构中的“高压直流侧量测与保护节点”。

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)

硬件层面：

• 浮地 HVDC（≤450 V）经电阻分压/隔离运放转换为 0-3.3 V 信号
• 双向电流经 25 mΩ 分流器 + 内部运放 ×20 增益后送入 ADC
• 板上双通道 DAC 为比较器提供可编程过流、过压阈值
• 三路过流比较器（COMP1/3/4）在 100 ns 级硬件关断 PWM，保证“不烧管”

软件层面：

• 不跑 MPPT、不跑逆变调制，仅完成“采样-滤波-保护-上报”四件事
• 通过 16-bit SPI 与主控（DCDC 板）交换 3 字节制式帧，1 kHz 周期
• 所有保护本地闭环，关断信号在 1 µs 内生效，MCU 仅记录事件原因

二、功能总览

1. 多通道同步采样
   ADC1/ADC2 同时工作，双通道注入组（JEXT=软触发）+ 单通道常规组（EXT=TIM1_TRGO），实现
   - HVDC 电压（VDC）
   - HVDC 电流（IDC）
   - 功率器件温度（NTC）
   - 内部结温（TSENSOR）
   - 电池/母线电压（VBAT）
   分辨率 12 bit，采样率 50 kS/s，硬件过采样 ×16 后等效 14 bit

1. 窗口比较器与硬件刹车
   DAC3CH1 → COMP1/3 过流阈值（MOSFET 16.5 A 对应 330 mV）
   DAC3CH2 → COMP4 母线过压阈值（≈2 A 对应 720 mV）
   比较器输出直接连 TIM1_BKIN，硬件刹车优先级高于软件；MCU 仅“事后”读取 TIM1->SR 的 BIF 位判定故障源

1. 单线 SPI 从机协议
   帧格式：
   [D15..0] = [ID11..8 | DATA11..0]
   主控发 0xA115 → DCAC 回传 [VDC, IDC, TEMP] 三帧
   采用 SPI3 全双工 16-bit，波特率 6 Mbit/s，DMA1_Ch1 自动搬运，CPU 零中断负载

1. 故障状态机
   enum {SYSTEMOK=1, MOSFETOVERCURRENT, BUSOVERVOLTAGE, MCUOVERTEMP…}
   任何故障触发 TIM1 刹车后，软件状态机立即迁移，下一次 SPI 回传将状态字最高位置 1，主控收到后停止发波

1. 在线校准
   上电自动运行 HALADCExCalibration_Start()，单端模式校准因子写入 ADC->CALFACT
   运放失调通过内部 OPA 级“零负载”采样扣除，用户无需手动修正

三、运行流程

1. 启动阶段
   SystemInit() → 主频 170 MHz → 使能 ADC12/OPAMP/COMP/DAC3/TIM1/SPI3 时钟
   MXADC1/2Init() → 配置注入组序列，触发源=软触发，采样时间=247.5 cycles
   MXDAC3Init() → 输出缓冲关闭，内部连接到 COMP，立即输出 0x199/0xFFF
   MXCOMP1/3/4Init() → 30 mV 迟滞，滤波 5 cycles
   MXTIM1Init() → PWM 频率 50 kHz，刹车源=COMP1/3/4 OR BKIN，死区 150 ns
   HALOPAMPStart() → OPA1 同相放大 ×20，OPA2 电压跟随器缓冲
   HALADCExMultiModeStartDMA() → 常规组由 TIM1TRGO 启动，循环模式

1. 实时阶段（50 kHz 周期）
   TIM1TRGO → ADC1/2 同步采样 → DMA1Ch1 传输完成中断置位 aqusitionDMA11=1
   主循环检测到标志后：
   - 读取 ADC12BUFFER[0]（高 16-bit=电流，低 16-bit=电压）
   - 计算 VDC、IDC、温度，IIR 滤波系数 1/8
   - 若频率因子=1，则 SPI 回传最新数据；否则跳过，保证 1 kHz 上传速率
   - 清除 DMA 标志，等待下一周期

1. 保护阶段（异步）
   任何比较器翻转 → TIM1BKIN 生效 → 硬件关闭 PWM 输出 → 产生 TIM1BRK 中断
   中断服务程序：
   - 关闭 TIM1 主输出（MOE=0）
   - 记录故障码到 SystemState
   - 置位 SPI 状态字 Alarm 位
   - 等待主控查询后，由主控发“清除”命令重新使能 MOE

四、对外寄存器映射（SPI 回传 3 帧）

Frame0：bit15=Alarm, bit14..12=故障码, bit11..0=VDC（0-450 V → 0-4095）

Frame1：bit15..0=IDC（-30 A..+30 A → 0-4095，Zero=2048）

Frame2：bit15..8=NTC 温度（-40..125 ℃ → 0-255），bit7..0=MCU 内部温度（℃）

五、性能指标

• 采样精度：电压 ±1 %，电流 ±1.5 %（25 ℃）
• 保护响应：硬件关断 < 500 ns，软件记录 < 2 µs
• 通信延迟：SPI 端到端 30 µs（含 DMA）
• 代码占用：Flash 28 KB，RAM 4 KB，CPU 负载 < 5 %（50 kHz 采样）

六、扩展与维护

1. 阈值在线调整
   主控通过 SPI 写 0xBxxx 命令，DCAC 解析后重写 DAC3->DHR12Rx，无需重启
2. 温度补偿
   在 VDC/IDC 计算中引入 NTC 温度多项式，系数保存在 Flash 最后 1 KB
3. 固件升级
   支持双 Bank Boot（用户需开启 OB_SWAP），通过主控转发 UART 升级镜像，升级完成后软复位

七、注意事项

• 高压侧电阻分压网络温漂需 ≤50 ppm，否则电压精度无法保证
• 分流器四线布局与运放输入走线需对称，差分长度差 < 0.5 mm
• 比较器滤波值 OC_FILTER 默认为 5，若母线杂散电感大导致误触发，可在 0-15 之间调整
• SPI 线路长度 ≤ 15 cm，否则需在 SCK/MISO/MOSI 串 22 Ω 电阻并靠近接收端放置 47 pF 电容

八、结语

DCAC 软件以“极简、极速、极可靠”为设计目标，所有关键保护均由硬件闭环完成，MCU 仅承担采样与通信任务，最大限度降低软件失效导致炸机的风险。后续版本如需增加弧岛检测或绝缘阻抗监测，可在现有 50 kHz 时隙中插入新状态机，无需改动底层驱动。