基于FPGA和STM32的三相SVPWM逆变器硬件设计与故障检测

该研究论文聚焦于基于双环控制的三相SPWM逆变器的系统硬件电路设计，特别是在线路负载及故障检测方面的深入探讨。设计的核心目标是实现高精度的电阻（R）、电容（C）和电感（L）参数测量，以及线路短路故障点的定位。文章首先介绍了系统的总体设计框图，它采用了FPGA和STM32单片机作为核心控制单元，结合高速AD/DA电路、恒流源电路和微弱信号放大电路等关键模块。 方案一曾被考虑用于测量电阻、电容和电感参数，通过施加正弦激励并测量电压波形的相位差来估算阻抗，但因其模拟电路复杂且精度难以提升，被方案二所替代。方案二采用数字信号处理技术，通过两路高速ADC同步采样标准电阻和负载网络的电压波形，运用FFT算法分析，能更准确地计算出电压幅值和相位，进而计算阻抗。这种方法的优点在于简化了硬件电路，提高了测量精度。 在故障检测方面，文章介绍了一种基于恒流源和标准导线的策略，通过测量不同线路两端的电压比例来判断短路故障的位置。同时，通过扫频测量负载网络的幅频特性，可以识别出负载网络的结构，进一步增强了系统的诊断能力。 整个设计旨在确保测量结果的精度和稳定性，特别是电容、电阻和电感参数的测量误差控制在5%以内，而短路故障点的位置测量精度高达3mm，响应时间不超过5秒。这样的设计对于电子设计大赛以及实际应用中的线路监控具有重要意义，能够有效地提高设备的可靠性和工作效率。