1、 电力电子的发展

电力电子技术是一门利用电力电子器件对电能进行调制、转换及传输的学科，也是现代电子学的一个重要分支[6]。电力电子发展大致经历三个时期。

（1）晶闸管时代。美国通用电气公司（General Electric Company,简称GE）于1957年研制出第一个晶闸管，第二年将其商业化，从此进入晶闸管时代。由晶闸管构成的静止变频电源输出方波或阶梯波的交流电压取代旋转变频机组实现了变频调速，然而晶闸管属于半控型器件可以控制导通但不能由门极控制关断，因此由普通晶闸管组成的逆变器用于交流调速必须附加强迫换相电路[7]。其结果是，系统的可靠性将被降低，电路损耗将增加。由于存在这些不足，晶闸管的应用在一定程度上受到了制约。

（2）全控器件时期。自20世纪70年代以来，电力电子器件迅速发展，研制并生产出多种既能控制其导通又能控制其关断的全控型器件[8]。典型的全控型器件有：金属-氧化物半导体场效应管（Metal-oxide Semiconductor FET，简称MOSFET）、门极可关断晶体管(Gate-Turn-Off Thyristor，简称GTO)、MOS 控制型晶闸管(MOS Controlled Thyristor，简称MCT)、电力晶体管(Giant Transistor ，简称GTR)等。这个时期，电力电子的发展可以说是一日千里，各种新型产品层出不穷。

（3）复合型器件阶段。20世纪80年代后期，进入了以绝缘栅极双极型晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)等为代表的复合型器件时期。IGBT是MOSFET和双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，简称BJT，又称为半导体三极管)的复合。其结合了MOSFET和BJT两者的优点，得到了广泛应用。随着电力电子技术朝着智能化方向发展，智能功率模块(Intelligent Power Module，简称IPM)应运而生，并且目前已应用于交流调速。它既具有大功率晶体管的高电流密度、低饱和电压和耐高压等优点，又拥有场效应晶体管高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点，而且内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，使用起来方便[9]。之后，功率集成电路(Power Integrated Circuit，简称PIC)使得器件功能再一次提升。

2、MCU与数字技术的发展

微处理器、微控制器（Microcontroller Unit，简称MCU）快速的更新换代，使得控制系统逐步由模拟向数字控制而转变。数字化技术使得复杂的矢量控制得以实现，大大简化了硬件，降低了成本，提高了控制精度；而自诊断功能和自调试功能的实现又进一步提高了系统可靠性，节约了大量人力和时间，操作、维修都更加的方便[10]。

自从1991年美国英特尔（Intel）公司研发出了专门用于电机控制的控制芯片—80X196MC系列微处理器，世界众多微处理器生产厂家相继开始研发和生产电机专用型控制芯片。历经近三十年的奋斗，电机专用型控制芯片的研究取得了极大进步。目前，电气传动控制领域中常用的控制器主要包括数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)和单片机(Microcontrollers)。

1982 年美国德州仪器(Texas Instruments，简称TI)公司开发出了第一代面向快速信号处理的运算器TM32010 DSP。之后，TI公司陆续推出以 TMS320F2812 和 TMS320F2407 DSP芯片为典型代表的TMS320 系列DSP芯片。这些DSP集成了与电机控制相匹配的一些外设，使得DSP成为电动机控制中最常用的控制器。与DSP集成较少的外设接口相反，单片机具有很多的I/O接口。但是，初期的单片机计算速度慢，对电机的实时控制不好。主要代表为：Intel 8088、8085、8086和Intel公司后来推出的MCS51系列、MCS96系列。但如今，ARM（Advanced RISC Machines）公司推出的高性能、低成本的 ARM 芯片，也具备了与DSP等同的高速运算处理能力。而采用ARM内核的STM32系列单片机不仅具有大量的外设、价格较为便宜，而且还可以在控制电机的同时处理一些其他应用，大大提高了其可用性。本论文选用的就是具有Cortex-M3内核的32位STM32F103闪存微控制器，具体型号为STM32F103C8T6。