作為今年的參與者在電力電子題目中B題AC_DC和C題DC_DC中選擇了B題。起初究其題目來說，DC_DC相較于AC_DC較容易實現，但究其最終想獲得更好的成績最終選擇AC_DC這題，這也意味著面臨著各種風險和未知。

目錄

一、題目分析

1.1AC_DC變換電路原理框圖

1.2主要用到的方法：AC-DC變換 三相整流 PID算法

1.3其中重點和難點如下

1.4方案設計與選擇

1.5變換電路選擇

1.6?總體方案描述和系統框圖

1.7提高效率方法

????????1.7.1降低輔助供電系統功耗

????????1.7.2提高主功率變換回路效率

1.8?功率因數調整方法

?二、電路設計

2.1主回路與器件選擇

2.1.1三相AC-DC電路

?2.1.2DC-DC降壓電路

2.1.3電壓采樣電路

2.1.4觸發同步電路

2.1.5 LC濾波電流

三、程序設計

四、總結

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一、題目分析

1.1AC_DC變換電路原理框圖

對于設計該交變電壓的直流電壓變換，在理論上可以通過三相半橋電路進行轉換，在本次比賽的設備中也可以達到相應硬件指標的要求。

圖2

基本要求中第一項也就意味著整體電路的成型，如果第一步都沒有能夠實現后續都無法進行，即三相電路并網結構可以實現正常連接三相電網，并且與回路中的元器件進行連接保證電路在長時間里進行運作，電路不會出現故障，從而進行指標的測量。

1.2主要用到的方法：AC-DC變換 三相整流 PID算法

第一問主要使用單片機（我是用的是STM32F4系列的核心板）內部ADC進行變壓器過來之后分壓的電壓采集，根據多組數組采集求均值進行PID快調控和慢調控從而達到控制第一問中輸出電壓Uo的電壓穩定在36V±0.1V之間，首先就是需要明確控制的范圍在哪里，很顯然只需要根據DC_DC輸出端的電壓情況進行反饋控制升壓參數。（這些都需要在三相電路可以實現并網的基礎上進行操作，并網也需要調整三相的SPWM波的相序與其電網相同，否則會出現很多的事故，具體并網原理可網上搜尋）

1.3其中重點和難點如下

（1）AC-DC變換電路的效率要求高；

（2）AC-DC變換電路輸入測功率因素不低于0.99；

（3）可設定自動調整功率因數。

1.4方案設計與選擇

方案一：電壓型AC-DC變換器，直流側電壓極性不變，功率方向隨著直流電流的方向改變而改變，電壓型變換器能力傳遞是雙向的，輸出電壓的幅值、相角和頻率都是可控的。

方案二：電流型AC-DC變換器，直流側電流極性不變，功率方向隨著直流電壓的方向改變而改變，三相電流型AC-DC變流器和電壓型AC-DC變流器一樣，可以有效地消除輸入電流紋波，實現交直流雙向變換，限流能力強，短路保護可靠性。

電壓型AC-DC變換電路直流側輸出電壓紋波少，等級可調且母線穩定，網側電流畸變小近似于正弦波且與電壓相同，此事功率因數約為1，因此選擇方案一。

1.5變換電路選擇

方案一：AC-DC+DC-DC兩級變換，AC-DC整流升壓，DC-DC降壓。

方案二：AC-DC一級變換。

AC-DC+DC-DC兩級變換有利于調節和采樣測試，因此選擇方案一。

1.6?總體方案描述和系統框圖

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1.7提高效率方法

????????1.7.1降低輔助供電系統功耗

（1）關閉所有不使用GPIO口，因為本體對頻率要求較低，選擇降低單片機主頻（Fmax=168MHz）為1/2，即F=1/2Fmax，以及一些不重要GPIO口的輸出速度。

（2）外接低功耗顯示屏進行顯示。

????????1.7.2提高主功率變換回路效率

（1）提高三相PFC電路效率：采用三相六開關結構，合理選用通態電阻小、開關損耗小的功率管，減小濾波電感歐姆損耗，減小吸收回路損耗

（2）DC-DC降壓電路中，MOS管柵極電阻越大，上升下降時間越大，相應的開關損耗越大，所以應減小MOS管柵極電阻；對于MOS管的導通損耗，與MOS管的導通電阻RDS有關，可以選擇RDS較小電器件以提高效率；對于續流二極管可以選擇VF小、反向恢復時間短的二極管以提高效率；對于輸出電感，選擇線圈直流電阻小的電感，并多股繞線。

1.8?功率因數調整方法

通過調節單片機輸出SPWM波的相位進行功率因數的微調，由功率因數cosΦ=P/S，即交流電路中的電壓與電流間的相位差經ADC采集到的電壓與電流進行數據分析與計算得到功率因數的調節參數，并且選擇適合電路的電感大小，取適中值。

?二、電路設計

2.1主回路與器件選擇

系統主回路包括AC-DC變換電路，DC-DC降壓電路，LC濾波電路，電壓采樣電路組成，AD-DC與DC-DC半橋模塊選擇CSD19535KCS場效應管和IR2184芯片，電感取值350uH，采樣電路使用ina282芯片。

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圖3 總體系統電路圖

2.1.1三相AC-DC電路

使用CDS19535KCS場效應管和IR2184芯片，相比較各NMOS管CDS19535KDCS的內阻小，利用三個半橋設計出三相六開關PFC主電路。為減小功耗，驅動電阻取值較小，為增大耐壓，使用CBB電容。如圖4所示。

圖4 三相六開關PFC主電路

?2.1.2DC-DC降壓電路

用半橋設計出BUCK降壓電路。實際電路如圖5所示。

圖5 半橋電路圖

2.1.3電壓采樣電路

系統中需要采樣DC-DC的輸出電壓控制電路，為了提高測量的精準度，采用ina282同時對電流進行采樣，并通過電容濾波減少干擾。

對電流采樣串聯一個阻值較小的電阻，對電壓采樣并聯一個阻值較大的電阻。可以使輸出的電壓和電流保持恒定狀態。實際電路如圖6所示。

圖6?電壓采樣電路圖?

2.1.4觸發同步電路

單片機同步觸發電路選擇使用LM339設計過零比較器，并加入二極管限壓保護。

圖7?同步電路圖

2.1.5 LC濾波電流

系統采用LC低通濾波器濾除SPWM波帶有的載波及諧波頻率成分，以得到更好的正弦波形，濾波器截止頻率計算公式為：

（3）

AC-DC電路輸出頻率50Hz為，載波頻率為20KHz，依據公式設計取值L=400uH，C=47uF，計算得f=1160Hz。

三、程序設計

首先進行單片機程序初始化，單片機根據采樣電壓進行判斷電路工作情況進行選擇模式調整，當達到工作要求進行電路驅動即解鎖三相以及輸出SPWM波，通過觸發進行相位調節后三相整流，在DC-DC輸出端進行電壓采樣,經過PID反饋控制DC-DC輸出端電壓穩定在36V，并且在調整電路期間進行交流電壓、電流采樣反饋控制功率因數。

圖8?軟件流程圖

四、總結

實測本系統可以滿足上述的所有情況，主要細節方面需要在硬件上的選擇有很多細節要求，程序設計中需要考慮單片機沒有用的引腳口關閉，外設接入的功率損耗，以及顯示功能等的功率消耗，一定要實現閉環調控，這樣才能實現整個系統可以穩定運行，不會出現設備損壞，主要難度就是三相并網，功率因數調控，以及高精度PI調控穩壓。（一定要有功率分析儀，不然基本做不了）

總結

以上是生活随笔為你收集整理的2021年电赛国赛B题三相AC_DC总结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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