航顺芯片:基于HK32F103A的智能无功补偿器解决方案

发布时间:2025-02-24 10:02
作者:AMEYA360
来源:航顺芯片
阅读量:850

  一、市场规模与增长

  全球电力需求持续增长,电能质量治理成为核心议题。据预测,2028年全球无功补偿装置市场规模将达299亿美元,年复合增长率约4.5%。中国作为全球最大的电力消费国,智能无功补偿市场增速显著,尤其在工业自动化、新能源发电(如风电、光伏)及市政电网改造领域需求激增。2024年中国智能无功补偿器市场规模预计突破百亿元,政策支持与技术创新推动行业加速发展。

  二、市场应用

  智能无功补偿器广泛应用于以下场景:

  工业领域:钢铁厂、化工厂等感性负载密集场景,通过动态补偿降低线损,提升功率因数至0.95以上。

  新能源发电:风电并网系统中,补偿无功波动,增强电网稳定性。

  电力输配电网:长距离输电场景中减少无功损耗,优化电能传输效率。

  市政与公共设施:大型商业综合体、医院等场所,保障电压稳定,提升供电质量。

  交通与船舶电力:电气化铁路、船舶电力系统动态调节无功功率,保障设备稳定运行。

  三、航顺芯片HK32F103A的无功补偿方案原理

  无功功率的产生与补偿:在电力系统中,许多设备如变压器、电动机等会产生无功功率。这些设备在工作时需要建立磁场,消耗无功功率。无功补偿装置通过提供或吸收无功功率,抵消这些设备产生的无功功率,减少无功功率在电网中的流动。

  功率因数的提高:通过无功补偿,可以提高电力系统的功率因数。功率因数是有功功率与视在功率的比值,功率因数越高,表示电力系统中的有功功率占比越大,电能利用效率越高。

  电压的稳定:无功补偿装置可以调节电网中的无功功率分布,从而稳定电压水平。在电力系统中,无功功率的流动会导致电压的波动,通过无功补偿可以减少电压波动,提高供电质量。

  智能控制:航顺HK32F103A作为一款高性能的MCU,具备强大的数据处理能力和精确的时钟系统,可以实现对无功补偿装置的高精度控制。通过对电网参数的实时监测和精确计算,系统可以根据实际需求自动调节无功功率的补偿量,确保电网的稳定运行。

  四、方案核心优势

  高性能处理能力:

  HK32F103A主频120MHz,内置12位ADC,满足高精度实时数据处理需求,确保补偿响应速度领先行业。

  智能算法优化:基于自适应PID控制与谐波抑制算法,动态调整补偿容量,适应复杂负载变化。

  高可靠性设计:过压、过流、温度多重保护机制。

  成本优势:国产芯片替代方案降低BOM成本,支持模块化扩展,适配不同功率等级需求。

  绿色节能:综合能效提升,助力用户减少电费支出及碳排放。

  产品系统框图

航顺芯片:基于HK32F103A的智能无功补偿器解决方案

  智能无功补偿器实物图

航顺芯片:基于HK32F103A的智能无功补偿器解决方案

  航顺HK32F103A系列MCU主要规格

  ARM® Cortex®-M3 内核

  最高时钟频率:120 MHz

  24 位 System Tick 定时器

  支持 CPU Event 信号输入至 MCU 引脚,实现与板级其它 Soc CPU 的联动。

  工作电压范围

  双电源域:

  -主电源 VDD 为 2.0 V ~ 3.6 V

  -备份电源 VBAT为 1.8 V ~ 3.6 V

  当主电源掉电时,RTC 可继续工作在 VBAT 电源下。

  VBAT 电源域提供 84 byte 备份寄存器。

  工作温度范围:-40°C ~ +105°C

  VDD 典型工作电流

  运行(Run)模式:19.3 mA@120MHz@3.3V

  睡眠(Sleep)模式:5.6mA@120MHz@3.3V(唤醒时间:1 个机器时钟周期)

  停机(Stop)模式

  - LDO 低功耗模式:89.4 μA@3.3V(唤醒时间:10µs) - LDO 全速工作模式:303 μA@3.3V

  待机(Standby)模式:3.3 μA@3.3V(唤醒时间:150µs)

  VBAT 典型工作电流(VDD掉电)

  VBAT RTC 开启模式:2.6 μA@3.3V

  VBAT RTC 关闭模式:2.1 μA@3.3V

  存储器

  最高 512 Kbyte 的 Flash 存储器

  - 当 CPU 主频不高于 24 MHz 时,支持 0 等待总线周期。 - 具有代码安全保护功能,可分别设置读保护和写保护。

  64Kbyte 片内 SRAM

  FSMC 模块可外挂 1 Gbyte NOR/PSRAM/NAND/PC Card 存储器(其中,256 Mbyte 的空间可以存放指令,可用于片内 Cache 缓存)

  数据安全

  CRC32 校验硬件单元

  时钟

  外部高速时钟(HSE):支持 4 ~ 32 MHz,典型 8 MHz

  外部低速时钟(LSE):32.768 kHz

  片内高速时钟(HSI):8 MHz/28 MHz/56 MHz 可配置

  片内低速时钟(LSI):40 kHz

  PLL 输出时钟:120MHz(最大值)

  GPIO 外部输入时钟:1 ~ 64 MHz

  复位

  外部管脚复位

  电源复位(POR/PDR)

  软件复位

  看门狗(IWDG 和 WWDG)复位

  低功耗管理复位

  可编程电压检测器(PVD)

  8 级检测电压门限可调

  上升沿和下降沿检测可配置

  通用输入输出端口(GPIO)

  64 脚封装提供 51 个 GPIO 引脚,100 脚封装提供 80 个 GPIO 引脚

  所有 GPIO 引脚可配置为外部中断输入

  内置可开关的上、下拉电阻

  支持开漏(Open-Drain)输出

  支持施密特(Schmitt)迟滞输入

  输出驱动能力超高、高、中、低四档可选

  数据通讯接口

  5 路 USART/UART(USART1/2/3,UART4/5)

  3 路 SPI(SPI2/3 支持 I2S 协议)

  2 路 I2C

  1 路 SDIO

  1 路 CAN 2.0 A/2.0B

  1 路全速 USB2.0

  定时器及 PWM 发生器

  高级定时器:TIM1/TIM8(带死区互补 PWM 输出)

  通用定时器:TIM2/TIM3/TIM4/TIM5

  基本定时器:TIM6/TIM7(支持 CPU 中断、DMA 请求和 DAC 转换触发)

  片内模拟电路

  3 个 12 位 1 MSPS ADC(支持最多 16 路外部模拟输入通道同时使用;其中 2 路弱驱动信号输入通道和 1 路 5 V 高压信号输入通道);支持双 ADC 模式,采样率最高 2 MSPS。

  2 个 12 位 DAC

  1 个温度传感器

  1 个 0.8 V 内部参考电压源

  1 个 VBAT 电源电阻分压器(分压器输出在片内与 ADC 相连,实现 VBAT电源电压监控)

  DMA 控制器

  2 个独立 DMA:DMA1 和 DMA2

  DMA1 提供 7 路通道

  DMA2 提供 5 路通道

  支持 Timer、ADC、SPI、I2C、USART、UART 等多种外设触发

  CPU 调试及跟踪接口

  SW-DP 两线调试端口

  JTAG 五线调试端口

  ARM DWT、FPB、ITM、TPIU 调试追踪模块

  单线异步跟踪数据输出接口(TRACESWO)

  四线同步跟踪数据输出接口(TRACEDO[3:0]、TRACECKO)

  自定义 DBGMCU 调试控制器(低功耗模式仿真控制、调试外设时钟控制、调试及跟踪接口分配)

  RTC 时钟计数器,配合软件记录年月日时分秒

  ID 标识

  每颗芯片提供一个唯一的 96 位 ID 标识

  可靠性

  通过 HBM2000V/CDM500V/MM200V/LU200mA 等级测试


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