高效率ACDC转换器

前段时间参加了学校今年的国家电子设计大赛的选拔赛，选拔的题目是13年的国赛题。平时参加对电源了解的多一些，于是就选了13年的电源题（ACDC），那道题说起来也是叼，要求效率达到95%以上，估计这个坑了一批人。

我们用stm32f407做控制器。主功率电路分为两级，前级是MOS管搭的全桥，这一级实现的是AC到DC转换的功能，把40V峰值的交流电压转为50V的直流电压，同时完成PFC功能，这也是这个方案中最为重要和麻烦的部分，要同时实现ACDC转换和PFC功能，使用了两个PID控制环路，内PID控制环路是电流控制环路，用来使电流实时跟踪电压，从而实现PFC，这个PID控制器要求具有很短的调节时间，响应要很快，否则电流无法实时跟踪电压。外部PID控制环路是电压控制环路，用于实现ACDC转换，将40V峰值的交流电压转换为50V的直流电压，其本质就是输入电压成正弦变化，输出值恒定的boost变换器。后一级其实就是buck变换器，用MOS管搭成半桥实现DCDC降压转换，这个转换器本身不难，只需要一个PID控制器就可以，但是由于整机效率要求很高，这一级的效率要求更高，至少是98%以上，否则乘上前一级的效率，整机效率很难达到要求。由于我们的方案中将所有的二极管都替换为mos管，只要控制好pwm，避免共态导通问题，mos管的损耗可以降低到很小很小，在测试中，mos管几乎不发热。然后所用到的电感为了避免趋肤效应，都是用多股细线并绕，这样也可以提高大概1%的效率。

讲了这么多，下面上图

左上部分为f4控制器，右上为传感器——电压互感器和霍尔传感器。左下为后级buck，右下为前级ACDC变换器。变压器用的是100VA的环牛。

这是测试时的波形图，上边是霍尔传感器的测量输出，可以看到电流已经是正弦，但是过零点时测量误差大一些。下面是ACDC变换器的直流输出电压。

上面是交流输入电流波形，下面是交流输入电压波形。可以看到电流已经跟紧了电压。

上面是交流输入电流波形，下面是电流PID控制环路的误差，这是用f4的DAC通过IO口输出到示波器，便于观察。 

 

带载50Ω，输出的设定值为36V，实际输出值为36.010V。

功率因素测量仪的测量结果，PF=0.981 

整机的效率达到95%多一点，其他性能都ok。不过还是存在一个很大的问题，就是开关噪声很大，为了避免开关噪声对ADC采样的影响，我们使用定时器触发ADC转换的方法来避开pwm的边沿位置。

在调试的时候，最为蛋疼的莫过于ACDC转换部分，一不小心就炸管，真是炸到心都碎了。。。。

不过还好有我们专业的大神指导，也算是一种磨练吧。