目錄

• 寫在前面
• 高功率因數
• • 問題
  • 總結
• 雙向DCDC變化
• • 問題
• 總結
• 微電網并聯和三相變頻電源
• • 問題
• UPS與單相AC-AC變換裝置
• • 問題
• 其他
• 猜題
• watching

寫在前面

\qquad這是本科的時候在實驗室為準備電源比賽做的一些題，雖然最后選了測量紙張，但是經過一年半的學習，對電源和硬件有了一點了解，也許現在回頭去看之前寫的東西，有些不是很好的解決方案或者會感嘆以前的眼界真的是狹小。但也就是這樣一點一點的學習進步的。今天把這個整理出來的原因一是學弟讓我看到了之前寫的東西，二是希望自己以后也能這樣一直安心的做實際的事情，不搞些花里胡哨，和以前一樣，踏實做事

高功率因數

問題

1.占空比隨負載變化：
\qquad這是由于LM311的回差電壓$\pm \Delta U=\pm \frac{1}{311}\times 15V\approx \pm 45.3mV$，實際實驗過程中，電壓幅值$V_{max}=20\sqrt{2}V\times \frac{1}{21}=1.35V$，而電流采樣幅值,以4A電流為例，$U_{Imax}=4\times 0.1=0.4V$，$Asinwt=\Delta U$，由于電壓電流的幅值不一樣，算出來的t也就不一樣，這也就是為什么電流增大的時候D觸發的占空比變化的原因。可以將電壓電流的幅值調到接近，這樣可以減小誤差，當然，這里增大電流肯定是比減小電壓要好的。
2.\textbf{keil5 復制代碼時的中文注釋出錯}
\qquadeditor$\to$configuration$\to$encoding$\to$選擇ChineseGB231(建議在VC界面下先寫代碼)
3.二階低通濾波之后，電壓干擾很大：
\qquad在進行電壓濾波處理的時候，由于截至頻率選取的是75HZ，C=2.2$\mu$F，R=1K\ohm，由于采樣電壓是1M和50K上的分壓，而低通濾波的電阻會對這個分壓造成一定的影響，按照簡單的分壓來處理(信號與系統知識，具體可以問劉老師)，$50K||1K$再和1M進行分壓，這樣的話，分得的電壓信號很小，再通過低通濾波有所衰減(A=$\frac{1}{1+\frac{jf}{f_c}}$)之后信號更小,這里采用一個電壓跟隨器來該改善這個問題。(引入負反饋之后的電壓跟隨輸入阻抗無窮大)
4.采集電壓電流的相位的時候，為什么用到了兩個反相器？
\qquad在保證輸出高、低電平基本不變的條件下，能夠增大噪聲容限。(電流的高低電平不明顯)，數電書上P76面門電路知識點。
5.為什么在電源設計應用中(繼電器切斷電路用了兩個三極管作為開關管)，三極管一般用作低功率，低電壓的開關管而不是用作放大？}
\qquad三極管價格較低，驅動簡單，在低電壓的條件下可以作為開關管用，但由于三極管在放大區(線性區)的時候，易受到溫度影響導致放大倍數穩定，集成運放做成的放大電路都有做溫漂補償。
6.大電容與小電容并聯濾波。
\qquad在一個直流分量上疊加有一些噪聲信號，可以認為這些噪聲是不同頻率的周期信號，電容作為旁路電容進行濾波，讓這些周期的交流分量從小電容走，直流分量不經過電容。電容容抗$X_c=\frac{1}{z\pi fc}$電容越小，容抗越大，所以小電容只能用來濾高頻，低頻時，小電榮呈現出高阻抗。大電容想對來說可以濾除的頻率稍微高一點，但大電容一般不用來濾除高頻，這可能因為：$?$大電容貴，濾除高頻時沒必要用大電容。$?$大電容里面的結構決定了很難濾除高頻(以前和誰討論的時候看網上有人這么說的)。$?$大電容積分效果更明顯，可能會對某些電位造成影響吧。

總結

\qquad按照推薦電路基本能實現功能，以上問題也是基于那份電路圖考慮的，但功率因數電流從0$\sim$2.5A時功率因數從0.95$\sim$0.99變化，而進行濾波、放大之后，功率因數0.9999基本保持不變，這說明UCC28019功能極其強大。，但無法做數控APFC，對PDFC原理還需要深入思考

雙向DCDC變化

問題

1.同步整流的驅動信號：
\qquad這個問題卡了我一周，用2110和2111都試過，后來隊友告訴我供電錯誤，這里指出，供電問題，如果不是按照芯片手冊上的供電時，出問題的時候一定要想想是不是這個問題，有可能高低電平識別會有問題。
2.恒流設置：
\qquad這里的PID調節仍能達到效果，充電的時候電池端電壓會上升，而內阻也會略減小，但不論怎樣，穩定的電流采樣那的電壓就行。但為達到恒流可調效果，仍需要校正。這里還要說明，先注重功能，然后再去追求指標，否則即使基本部分效果很好，又可能做發發揮部分時，前面校正的要需要重新校正。
3.恒壓放電&充放電切換：
\qquad不論怎樣，PID穩定分壓電阻的電壓就行。(但是不知道為什么嚴重的時候(尤其是恒壓放電的時候，負載電壓會降到29.6幾)，穩壓效果較差，但仍能達到要求。
4.過充，過流保護：
\qquad兩個ad采樣，如果過從或者過流，單片機控制PWM波的占空比，然后延時自恢復,(關于自恢復的問題下面會討論)。
5.效率和精度：
\qquad精度經過反復校正，最終也能達到要求，但效率始終達不到題目的要求，如果不算單片機的功耗，能勉強達到基本部分的要求，至于怎么降低功耗，除了輔助電源板可以換成LM2576系列供電，即輔助電源由線性電源換成開關電源；選擇低導通電阻的mos管等，其他的就不清楚了。
6.注意事項：
\qquad這里一定要設置最大最小占空比，最大或則最小占空比是為了避免程序超調和反饋沒有接上(杜邦線老掉，這個問題在后面會繼續討論，這里先不做說明)，升壓電路的理論計算輸出可以無窮大，最大或者最小占空比就是為了限制這個。其實可以只限制一個，但pwm和互補的pwm不能接錯。關于電池盒上的導線，建議買來了之后換粗，最少要能過5A電流。另外，這里還建議使用IR2111，為避免邏輯錯誤(正反饋)，2111只改變一路，另外一路互補的也就自然改變了。
7.上下管導通問題：
\qquad這里用的是自舉電路，有一個問題需要說明，是下管先開通，個自舉電容充電，這樣下半個周期才能使得上管導通；

總結

\qquadDCDC并聯如果設計方案采用恒壓源恒流源并聯的話，實現起來很容易，而且，如果避免使用TL494+三極管的話，不論用什么芯片，效率都能滿足題目要求。這個電路設計比較簡單，要做的好一點就可以在程序上做好一點，我當時是顯示電壓電流，功率分配比，電流源任意電流輸出可調，1:1，2:1按鍵設計切換。以上測試結果均校準過，各項誤差滿足題目要求。還能擴展，可以做一個切換鍵，鍵盤共用，只是模式切換，一種是電流源任意電流可調，另一種是任意比例功率分配可調。另外，還需注意的是，實驗室電流表有0.4歐壓降，如果測試的時候負載上接電壓表，線路中接電流表，沒有把電流表壓降算上去的時候會認為端電壓下降很多。實際上過4A電流時，萬用表就消耗了約1.6W。

微電網并聯和三相變頻電源

問題

1.IR2111死區問題：
\qquad這里需要說明的是死區，IR2111死區時間固定700ns，以最惡劣的情況而言，100HZ，512個點，死區所占的占空比為：$\frac{900ns}{1/(512\times 100HZ)}=4.6\%$。由于io口資源被占用，不論用部分重映射還是完全重映射都無法輸出三路互補的PWM波形。高級定時器TIM1和TIM8都不行。占空比接近0和100的時候會出現這種問題，那么可以將波形壓縮在往上抬。(這里需要說明的是，這樣只會稍微影響波形質量，不會出現出來的正弦波是正弦波+小的直流分量。這是因為正負號是由外接直流電+互補的spwm決定的。)這樣得到的數據表也能生成很好的正弦波。(單相逆變的時候，也要改變占空比，但又不能影響波形質量，也是采樣乘以調制比的，具體調頻調壓可以參見上次單相逆變原理),其實這個問題后面應該能想起解決辦法的，因為后面都是在改這個調制比，只是糾結于那個700ns的死區去了。
2.關于調頻問題(具體原理參見單相逆變調頻原理)：
\qquad在45HZ以下可以調頻，45HZ以上程序卡死。這里是因為f103片上flash不夠引起的。將spwm數組里面的數值變成八位無符號整型數，盡量少做運算。counter++變成count+=2；這樣的話，每加一赫茲頻率實際會加2赫茲，這樣可以達到100HZ。本質是少取了一些點。現在對于數組有三種取法。$?$換成1個spwm數組(522)，然后三個變量i,j,k，依此滯后$\frac{2\pi }{3}$，試過了不行，40HZ都不行。或者換成這樣，一路數組，數組長度為522/2*(2+$\frac{4}{3}$)=870，然后進行運算，試過了，可以到70HZ,然后卡死。$?$ 數組長度不變，將數組由float 換成八位無符號整型數。只可以到70HZ…然后各種下折騰，可以到96%，依然不滿足要求。$?$數組長度取小(可取512/2=256)，同時兼顧波形質量的話，采用不均勻取點法，這是因為，sin和cos函數都在波峰和波谷的時候導數最小(波形如下)，可以少取一些點，在導數比較大的時候(過零點)的時候多取一些點。那么關于不均勻取點，可以采取a,在[0,$\frac{\pi }{3}$],[$\frac{2\pi }{3}$,$\frac{4\pi }{3}$],$[\frac{5\pi }{3},0]$各取60個點，其余區間[$\frac{\pi }{3}$,$\frac{2\pi }{3}$]，[$\frac{4\pi }{3}$,$\frac{5\pi }{3}$]各取點38個。
\qquad最終采取的是，取400個點，能調頻（可以取到480個點但這里只取400個點，到時候并聯的時候肯還要對中斷函數進行運算）。在30-100HZ時波形質量很不錯，在20HZ時波形很粗，可以嘗試加大電容電感來解決。
3.關于pid的調節問題
\qquad首先說明pid調節在單片機中的局限，由于單片機ad采樣由誤差，pid調節視乎總是在設定值赴京跳動，對精度要求不高的時候(比如ad采樣折合到單片機采樣誤差0.05V)時，pid還是可以采用的。但是精度搞了之后，似乎很難滿足要求。這個題目線電壓24V±0.2V，折合成相電壓，只有0.115V，線電壓負載調整率為0.042V，以前總認為萬用表很準，一般都用萬用表來校準，可是實驗室這個萬用表不準。所以還是先注重功能實現吧（有時候測電阻的時候，兩個表測出來不一樣）
\qquad這個通過改變調制比(改變調制比改變占空比)來達到調壓的效果，所有，盡量把pid的計算結果折合成乘法，不要弄成加法。雖然加法控制效果會好一點。(雙向DCDC變換器就是折合成占空比的加減法計算的)，然后老套路，調一下幾個參數，看效果。問題是，峰值檢波出來的電壓大小并沒有單相穩定，三相四線制負載不對稱并不會造成短路，但感覺這里還是覺得應該是三相負載不對稱照成的。這也導致了后面不論怎么改變pid參數，檢測的某相相電壓數值一直在設定值附近跳動，即使把跳動慢下來，把跳動幅值也降下來，但還是有最大0.15V的跳動，折合成線電壓約有0.26V跳動，略小于題目設定值0.2V。

UPS與單相AC-AC變換裝置

問題

\qquad現在的單片機是新的最小系統版，基本能符合正點原子的程序，用起來更爽，io口都引出來了，只需要改變touch.c就行。輔助電源板是LM2576系列作為正電源，TPS5430升降壓結構加79系列芯片做負電源。實驗過程燒了三個單片機，原因是因為輔助電源板的開關電源的啟動電流過大，可以先讓輔助電源板先正常工作，然后接上單片機，在做acac變換器的時候，用變壓器給輔助電源板供電就沒遇到這個問題。這個原因估計還是布線的問題。
\qquad在做acac的時候，負載調整率達不到2%，這是因為，對于逆變電路而言，在調壓的過程中變量有兩個，一個是UCC28019的輸出穩壓值會有所減小，一個是負載在變，校準的時候是用直流電源校準的，這時候變量只有一個負載在變，根據不同電壓的ad值，可以擬合出線性關系。但這可以用程序去調，多加個和電流有關的變量進行反復校準，最終可以達到2%以內。（反復校準的原因是無法去擬合線性關系，UCC28019的掉壓很難用外接恒壓源模擬出來）

其他

以下問題經常碰到，需要重點討論
1.過流保護自恢復問題
\qquad現在采取的是延時自恢復，程序卡死，然后單片機reset鍵。除此之外，可以自己做按鍵自恢復，比如過流了，程序卡死，然后再while(1)里進行檢測有沒有按鍵按下，如果有，break。如果把檢測有沒有按下換成檢測負載就行，只要不推負載，ad采樣，采輸入電壓，采負載電流，計算負載小于設定值，程序一直卡死，推動負載之后，能自恢復，總之這里用延時自恢復或者檢測負載大小來實現自恢復。
2.功耗問題
\qquad單片機屏幕是固有功耗，如果負載消耗功率越大，效率越高。這里能盡量減小的就是輔助電源板的固有功耗降低，如果主電路沒太大功耗(這里主要是指二極管的功耗)，那么效率應該是能滿足要求的。另外說明單片機供電問題，如果怕把單片機插在輔助電源板上(光耦不再有隔離作用)，會出現供電越小，功耗越大的。單片機是3.3V和1.8V兩個線性穩壓芯片供電的。如果供電越小，由于輔助的電源板是18V-15V-12V-9V-5V，流過5V的電流也會流過前面幾個穩壓芯片，所以功耗肯定大。
3.ad采樣問題：
\qquad我在網上download了一個帶dma的多通達aad采樣程序，然后封裝了一下，修改起來特別方便，只需要改宏定義和修改使能io口就行，十多個ad采樣通道，只需改宏定義N，多次取平均值只需改宏定義M就行，循環顯示(雖然這樣并不好，但這是為了代碼簡潔性)，而且dma不占用cpu時間，(但數據的處理仍需占用單片機時間)唯一的每中不足是ad采樣不太準，在實際的電路檢測中跳動大，只要用單片機內置ad采樣，采樣都不準。另外還需要說明的是是從0-4095，處理的時候不要除以4096，要除以4095；
決方法，可以試試外置ad采樣芯片(個人覺得單片機內置ad采樣不準的原因極有可能是單片機運行時，內部基準3.3V有一點波動或者是GND的干擾)
后期采用的是12位8通道外置ad采樣，在以后的控制中，控制效果有明顯的改進。在采用$U_{ref}=4.095V$時，最大精度是1mV，基本能滿足要求。
4.恒壓恒流控制：
\qquad恒壓恒流控制現在用過兩種方式，一種是用ad采樣+pid調節恒壓和恒流控制，這種控制只需自己寫調節程序即可實現，可以參見雙向DCDC變換的恒流和恒壓。另外一種是DA輸出可調，通過使被控制的量與DA輸出量相等來達到恒壓或者恒流控制，可以參見高功率因數的輸出電壓可調和DCDC并聯的恒流控制
5.數字濾波處理：
\qquad目前采用的只是平均值和中位數加權濾波，平均值濾波的局限很明顯，一是取點問題，如果取得比較少，還是會跳動比較大，如果取得比較大，單片機就會在ad采樣上花很多時間(可改善，但沒太大的用)，二是會造成資源的很大浪費且靈敏度低。中位數濾波缺點也明顯，一是需要排序，用冒泡排序法，算法復雜度為$\text{O}(n^2)$，二是點取少了，隨機誤差很大，點取多了，運算非常慢。顯然不同的濾波方法適用于不同的場合。綜合考慮的是平均值和中位值加權濾波。
6.其他問題
\qquad[1]關于示波器探頭的問題：實驗室探頭阻值約50\ohm，有的時候這個探頭夾子會斷。示波器如果接了多個探頭，那么這多個探頭不論通道有沒有開，這幾個探頭的夾子是等電位的，同樣信號源也是這樣。如果示波器兩空插座和信號源(最小分辨率10mv)都接在一個排插上的話，示波器探頭的夾子和信號源探頭的夾子是等電位點。如果示波器是三孔插座，那么和信號源探頭的夾子沒有夾在一起。這個地的問題，每次都應仔細思考。
\qquad[2]關于探頭$\times$10的問題：探頭$\times$10，衰減10倍。雖然簡單，但測試的時候經常會因為不注意這個問題而導致測試結果沒出來。
\qquad[3]參加比賽的單片機平臺。這個不建議使用f103戰艦V3的板子，功耗大，資源占用多、太吃虧了，可以自己根據需求畫單片機或者dsp。
\qquad[4]文檔寫作問題：如果有需要使用\LaTeX 的，有一些關于\LaTeX 的使用文檔和書籍可以找到。
\qquad[5]線路阻抗問題：在精確調壓和控制電流時，電流表的內阻約0.2\ohm，導線的電阻都不能忽略，尤其是過大電流時。

猜題

\qquad現在出現的題目基本是斬波電路中的升降壓斬波，逆變，電壓型單相和三相逆變。整流，斬波，逆變，AC-AC。從最近幾年的題目來看，主要以逆變為主，斬波主要是起"供電"的作用，三個參量，幅值，相位，相角，微電網模擬光伏發電就在跑這三個功能，再就是調壓恒壓，調流恒流，THD，$\eta$，調頻，功率分配和功率因數測量。今年仍有可能是和逆變相關的，但又要避免和之前的相似，又考慮到今年國賽的難度，個人覺得有可能是可控整流相關的，因為傳統的斬波和逆變都已經出爛了，整流又常以不可控整流出現，今年有可能在這個整流上做出一點創新。

watching

$?$可以嘗試高精度ad采樣芯片，一般ad涉及到通信協議，采樣電路，參考電壓電路，濾波，寄存器等。
$?$可以在一般的PID程序上加上抗飽和退飽和，自校準等，使寫出的PID能應用到多個場合。\par
$?$可以嘗試寫濾波算法，控制精度主要受給定電壓和反饋控制測量的精度，濾波算法讓測量值能夠抗干擾更精確對最終題目的控制精度有很大的改善。
$?$可以用外置da芯片用單片機控制產生低頻(20KHZ)以下的正弦信號，如果外置da參考電壓$U_{ref}$有負值，可以產生交流信號。
$?$測頻計，用上升捕獲和下降捕獲做一個高精度頻率，幅值，占空比測量的裝置。\par
$?$多寫文檔記平常遇到的問題。
$?$對一些固定的功能的電路，可以用pcb制板模塊化。
$?$以上只是個人遇到的問題及解決的思路，雖然不是最好的，但大多數問題都解決了，

總結

以上是生活随笔為你收集整理的做历年电赛题的一点点小总结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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