航顺芯片：基于HK32F103A的智能无功补偿器解决方案

　　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

　　智能无功补偿器实物图

　　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