探索无桥PFC与逆变方案：从原理到实现

无桥PFC和逆变方案原理图pdfPCBstm源码两份仿真等文件 1.输入电压AC220V50Hz交流电 2.PFC输出390V150KHz开关频率 3.PFC输出最大功率400瓦输入电流最大2A,最小负载电流0.1A 输出功率越大PF值越高电流波形越接近正弦 因为小电流时纹波电流占比大 5.电压电流采样电路原理环路补偿算法STM32库函数操作GPIOADCDACHRTIM等在电力电子领域无桥PFC功率因数校正和逆变方案一直是热门话题今天咱就来深入聊聊基于AC220V输入的这个有趣项目还附带原理图pdf、PCB文件、两份STM源码以及仿真文件等干货满满。一、项目基础参数输入电压AC220V50Hz的交流电这是咱日常生活中最常见的市电规格也是很多电力设备的起始输入源。PFC输出390V开关频率达到150KHz。为啥要这么高的开关频率呢较高的开关频率可以减小电感和电容的尺寸提高功率密度但同时也会增加开关损耗这里就是一个权衡的过程。功率与电流限制PFC输出最大功率400瓦输入电流最大2A最小负载电流0.1A。这种功率和电流的限定是为了保证设备在不同负载情况下都能稳定、安全地运行。二、PF值与电流波形这里有个有趣的点输出功率越大PF值越高电流波形越接近正弦。原因在于小电流时纹波电流占比大。比如说当负载电流很小时纹波电流在总电流中的占比就比较突出使得电流波形偏离正弦波的程度较大PF值也就较低。而随着负载电流增大纹波电流的影响相对减小电流波形就更接近正弦PF值随之升高。三、关键电路与算法实现电压电流采样电路原理电压电流采样是整个系统的“感知器官”它实时监测输入输出的电压和电流信息为后续的控制算法提供数据支持。以电压采样为例通常会使用电阻分压的方式将高电压衰减到ADC模拟数字转换器能够处理的范围。假设我们要采集PFC输出的390V电压而ADC的参考电压为3.3V我们可以使用两个高精度电阻R1和R2组成分压电路。// 简单示意实际阻值需根据具体情况计算 float R1 1000000; // 1MΩ float R2 10000; // 10KΩ float Vin 390; // 输入电压 float Vout Vin * R2 / (R1 R2); // 分压后输出电压理论值这样通过计算得到的Vout就可以送入ADC进行数字化处理。电流采样一般会使用霍尔传感器或者采样电阻将电流信号转换为电压信号后再进行采样。环路补偿算法环路补偿算法就像是系统的“大脑”它根据采样得到的电压电流信息调整PFC电路的开关状态以达到稳定输出电压、提高功率因数等目的。常见的环路补偿算法有PI比例积分控制算法。在STM32中实现PI控制大致代码如下// 定义PI控制器参数 float Kp 0.5; float Ki 0.1; float error, integral, last_error; float control_output; // PI控制函数 float PI_Controller(float setpoint, float feedback) { error setpoint - feedback; integral error; control_output Kp * error Ki * integral; last_error error; return control_output; }这里的setpoint是我们期望的输出值比如PFC输出的390Vfeedback是实际采样得到的反馈值通过不断调整control_output来控制PFC电路的开关管。STM32库函数操作 - GPIO、ADC、DAC、HRTIMGPIO通用输入输出端口它是STM32与外部设备交互的基础。比如我们要控制PFC电路的开关管就需要通过GPIO口输出高低电平来控制其导通和关断。// 初始化GPIO口 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能GPIOA时钟 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; GPIO_InitStruct.GPIO_Pin GPIO_Pin_5; // 假设控制引脚为PA5 GPIO_InitStruct.GPIO_Mode GPIO_Mode_OUT; // 设置为输出模式 GPIO_InitStruct.GPIO_OType GPIO_OType_PP; // 推挽输出 GPIO_InitStruct.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz; // 高速 GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd GPIO_PuPd_NOPULL; // 无上下拉 GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStruct);ADC模拟数字转换器用于将采样得到的模拟电压电流信号转换为数字信号供MCU处理。// ADC初始化 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); // 使能ADC1时钟 ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct; ADC_InitStruct.ADC_Resolution ADC_Resolution_12b; // 12位分辨率 ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode DISABLE; // 单通道模式 ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode ENABLE; // 连续转换 ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConvEdge ADC_ExternalTrigConvEdge_None; // 软件触发 ADC_InitStruct.ADC_DataAlign ADC_DataAlign_Right; // 右对齐 ADC_InitStruct.ADC_NbrOfConversion 1; // 转换通道数为1 ADC_Init(ADC1, ADC_InitStruct); ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); // 使能ADC1DAC数字模拟转换器与ADC相反它将数字信号转换为模拟信号。在一些需要输出模拟控制信号的场合会用到比如控制某些模拟电路的增益等。// DAC初始化 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE); // 使能DAC时钟 DAC_InitTypeDef DAC_InitStruct; DAC_InitStruct.DAC_Trigger DAC_Trigger_None; // 软件触发 DAC_InitStruct.DAC_WaveGeneration DAC_WaveGeneration_None; // 无波形生成 DAC_InitStruct.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude DAC_LFSRUnmask_Bit0; DAC_InitStruct.DAC_OutputBuffer DAC_OutputBuffer_Enable; // 使能输出缓冲 DAC_Init(DAC_Channel_1, DAC_InitStruct); DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE); // 使能DAC通道1HRTIM高精度定时器在处理高频开关信号时非常有用像我们150KHz的开关频率就可以借助HRTIM来精确控制。// HRTIM初始化示意 RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInitStruct; PeriphClkInitStruct.PeriphClockSelection RCC_PERIPHCLK_HRTIM; PeriphClkInitStruct.HrtimClockSelection RCC_HRTIMCLKSOURCE_PLL; HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(PeriphClkInitStruct); HRTIM_InitTypeDef HRTIM_InitStruct; // 这里省略具体的配置参数设置 HRTIM_Init(hhrtim, HRTIM_InitStruct); HAL_HRTIM_Base_Start(hhrtim, HRTIM_TIMERINDEX_TIMERB1); // 启动定时器总之这个无桥PFC和逆变方案从基础参数设定到关键电路及算法实现都充满了挑战与乐趣。通过合理运用STM32的各种资源我们能够打造出高效、稳定的电力电子系统。希望这篇博文能给大家在相关领域的研究和实践中带来一些启发。无桥PFC和逆变方案原理图pdfPCBstm源码两份仿真等文件 1.输入电压AC220V50Hz交流电 2.PFC输出390V150KHz开关频率 3.PFC输出最大功率400瓦输入电流最大2A,最小负载电流0.1A 输出功率越大PF值越高电流波形越接近正弦 因为小电流时纹波电流占比大 5.电压电流采样电路原理环路补偿算法STM32库函数操作GPIOADCDACHRTIM等