三相 AC-DC 变换电路（详细版）

一、效果图

https://oshwhub.com/XACT/synp2000-extreme-v1-2
写得太菜了

实物图（正常时放在最后，压轴使用）

原理图

我想要使用立创eda进行描述

实现

二、项目说明

设计并制作图所示的三相 AC-DC 变换电路，
该电路的直流输出电压 Uo应稳定在 36V，直流输出电流 Io 额定值为 2A。

2.1 基本要求

（1）交流输入线电压 Ui=28V，Io=2A 时，Uo=36V±0.1V。
（2）当 Ui=28V，Io 在 0.1A～2.0A 范围内变化时，负载调整率 SI ≤ 0.3%。
（3）当 Io=2A，Ui 在 23V～33V 范围内变化时，电压调整率 SU ≤ 0.3%。
（4）在 Ui=28V，Io=2A，Uo=36V 条件下，AC-DC 变换电路的效率 η 不低于 85%

三、项目的拆分

这次项目是国赛的题目，可惜当时没有在规定时间内做出来。
现在属于是复盘性质，就是适当简化，毕竟命就一次，强电的东西弄不好，小命就没咯
闲话少说，首先确定电源的规格。
根据电源的规格，在 Buck 电路拓扑结构、Boost 电路拓扑结构、反激电路拓扑结构、正激电路拓扑结构、全桥电路拓扑结构、半桥电路拓扑结构和推挽电路拓扑结构。
这 7 个 DC/DC 功率变换拓扑结构中选择本电源主电路的DC-DC 功率变换拓扑结构。
根据电源对处理器的要求，选择电源的处理器。

3.1 电源的技术指标（未确定好的指标）

3.2整体的基本原理

数字控制直流稳压电源的工作原理为：交流市电经输入保护电路连接至 EMI 电路，经变压器降压，连接至整流模块，输出脉动较大的直流电，然后将输出连接至滤波电路输出电压不稳定的直流电，将输出电压通入 DC-DC 电路，将输出直流电通入滤波电路，得到电源的输出

由数字处理器控制开关电源的工作。电源采样电路的输出直流电通入处理器的 ADC引脚，经处理器内部的 AD 转换与基准值作比较，得到误差值，然后处理器进行 PID 运算，再进行脉宽调制，处理器输出 PWM 信号，通入 PWM 驱动电路，输出的 PWM 波控制 DC-DC 电路功率开关管的开通与关断，达到电源稳压输出的目的。处理器实时检测输入电压、输出电压和电流，超限则立即停止 PWM 信号输出

整体设计是有分为6个部分来说明的
（1）输入保护电路保护电源和元器件本身不会因为因过流或者过压而损坏，输入保护电路的是由保险管、压敏电阻和以及热敏电阻（负温度系数）等组成的。
（2）EMI 电路的作用是阻止开关电源与电网相互流通高频谐波。共模干扰和差模干扰是高频干扰的 2 种形式。两根电源线间的高频谐波是差模干扰，两根电源线对大地的高频谐波是共模干扰。
（3）降压整流滤波电路的作用。是将市电（交流电）通过工频变压器降压，再通过全桥整流电路转换成正弦直流电，再经过高频电解电容滤除其中的高频杂波，输出电压不稳定的直流电。
（4）DC-DC 电路的作用。将由整流滤波模块输出的直流电变换成电子产品需要的直流电，这可以由处理器实时控制功率开关管的导通占空比来实现。电源直流变换电路有很多拓扑结构可以选择，如 Buck 电路拓扑结构、Boost 电路拓扑结构、半桥电路拓扑结构、全桥电路拓扑结构、推挽电路拓扑结构、LLC 电路拓扑结构、正激电路拓扑结构和反激电路拓扑结构等，每种拓扑结构有自己的适应范围和优缺点，在电源的设计中，选择一个合适的拓扑结构是极为重要的。
（5）采样电路的作用。将电源输出的电压和电流信号采样后输出给数字处理器进行处理。数字处理器产生的 PWM 信号经 PWM 驱动电路输出 PWM 波，控制功率开关管在一个开关周期内的导通占空比，PWM 的占空比影响了功率开关管在一个开关周期内的导通时间，功率开关管的导通占空比是数字处理器依据采样电路反馈回来的信号进行运算的。如果反馈回来的信号影响到处理器的正常工作或者输出到处理器的信号误差大，那么电源的输出电压就会和目标输出电压相差很大，电源的输出纹波很大。
（6）数字处理器的作用。控制开关电源的工作，以达到稳压输出等功能，它还可以实现通信功能。数字处理器利用数字化技术和高频技术对数字电源的运行进行控制。数字处理器会实时检测电源输出电流和输出电压电压等各个参数，调整电源功率开关管的导通占空比。它还可以实时检测电源的输入电压、输出电压、输出电流，超限则停止电源的输出。它还能够实现通信的功能，将电源的输出电压和电流等参数显示在 LCD（液晶显示屏）上，或当要改变电源的输出电压时，可以通过人机界面或其他系统更改输出参数。

3.3电源的 DC-DC 电路的选择

-DC 电路的工作原理是：通过数字处理器控制 DC-DC 电路的功率开关器件的开通与关断，达到控制电源稳压输出的目的。
DC-DC 电路分为非隔离式 DC/DC 电路与变压器隔离式 DC/DC 电路两大类。
非隔离式的 DC/DC 电路包括 Buck 电路、Boost 电路、Buck-Boost 电路等。隔离式 DC-DC 电路可以实现输入与输出的电气隔离，可以很好地切断输入与输出之间的互相不利影响，另外这种方式有利于人身安全性。
以下是几种常用 DC-DC 电路的原理图、工作原理和优缺点。

也就是有很多的选择，先逐一看看

3.3.1Buck 电路

主要构成：Buck 电路拓扑结构如图所示。它的主要由开关管 Q、整流二极管 D、电容 C、电感L 组成。选择导通压降较小且反应速度较快的肖特基二极管作为 Buck 电路的整流二极管 D。
功能描述：降压电路可以实现将电压为 Ui 的输入直流电转换成换成电压比 Ui 低的输出直流电。
基本原理：（其实原理挺重要的，可以知道参数的计算）当功率开关管 Vgs 导通的时候，二极管 D 上加上一个反向电压，二极管 D 截止。输入直流电对电感 L 及电容 C 充电。当功率开关管关断时，电容 C 和电感L向开关电源负载 RL放电。处理器控制功率开关管一个开通关断周期的导通占空比。
参数计算:Buck 电路稳定运行时的输出电压为 Uo 的直流电。输入电压 Uin 与输出电压 Uo 的关系

理解这几个关键词
ton——一个开关周期 MOS 管的导通时长(s)；
toff——一个开关周期 MOS 管的导通时长(s)；
d——功率开关管的在一个开关周期内的导通占空比。

Buck 电路的总结
功率开关管在一个开关周期内导通关断的占空比决定了输出直流电压。
d 越大，输出的电压就越大。d 越小，输出的电压就越小。
因为 d 恒小于或等于 1，所以称该电路为降压电路。
降压电路的效率高，并且可以实现输出大电流的直流电，
它的缺点是输出直流电中高频杂波大，不能隔离输入与输出

3.3.2 Boost 电路

主要构成：Boost 电路拓扑结构如图所示。它是由 Mos 管 Q、整流管 D、电感 L 和滤波电容 C等组成。
选择导通压降较小、反应速度较快的肖特基二极管作为 Boost 电路的整流二极管。
功能描述：将电压为 Ui 的输入直流电通过 Boost 电路可转换成比电压 Ui 更高的输出直流电。
升压电路一般在功率较低的场合运用地较多。
基本原理
当功率开关管 Q 导通的时候，整流二极管 D 截止，此时 Boost电路的输入直流电向电感 L 充电，同时电容 C 向 Boost 电路的负载 RL 供电。当功率开关管关断时，二极管 D 导通，电感 L 与电源的输入电压 Ui 同时向电容 C 和负载 RL充电，经电容 C 滤波后，负载 RL 得到谐波较小的直流电
参数计算
在 Boost 电路稳定运行时，输入直流电 Uin 与输出直流电 Uo 之间的关系

式中的 d 值恒小于 1，所以，称该电路为升压电路

3.3.3 反激电路

主要构成：反激电路拓扑结构如图所示，主要主要由功率开关管 Q、高频变压器 T、整流二极管 D、和滤波电容 C 组成。
功能描述：反激电路的功率开关管 Q 切换电路的运行，依据高频变压器的初级绕组和次级绕组的匝数比，在高频变压器 T 的次级绕组上感应得到高频率方波直流电，经过整流二极管 D 整流后，输出电压为 Uo 的直流电。
特别说明：这种拓扑结构和 Buck 电路拓扑结构、Boost 电路拓扑结构不一样，这种拓扑结构中有高频变压器，可以实现隔离输入与输出，并且可以达到输出多路直流电的目的，反激电路适用于输出电压较高、功率较小的开关电源
基本原理
当功率开关管 Q 导通时，输入电压 Ui 完全加载至变压器 T 的初级上，变压器两端的同名端相反，因此二极管 D 两端承受反向电压，这就导致二极管截止。此时，变压器的初级线圈储存能量，电容 C 向输出端 RL 释放能量。当反激电路的功率开关管 Q 关断的时候，高频变压器的初级绕组感应得到电动势，储存在高频变压器的能量为负载和输出电容提供能量
参数计算
当电路最终稳定的时候，输出电压 Uo 与输入电压 Ui 之间的关系为

式中：
N1——变压器的初级绕组匝数（匝）
N2——变压器的次级绕组匝数（匝）

反激电路总结
反激电路的最大优点是无需输出滤波电感。这样开关电源的体积就得到减小，开关电源的成本得到了降低。
另外，能承受高压的续流二极管在反激电路中也是不需要的，因此在高压场合中反激电路得到了更好的运用。
尽管反激电路的输出没有滤波电感，但2 种运行模式适用于反激电路，分别是电流断续和电流连续运行模式。
在开关电源的设计时，电流断续模式是经常被才用的。
另外，反激电路的变压器初次级绕组的漏感比较大，导致效率低。
反激电路的瞬态控制特性较差，输出电压的纹波大。
反激电路拓扑结构比较适合于高电压、小功率的场合。

3.3.4 正激电路

主要构成：这里就不赘述了，看图
功能描述：功能上是与“反激电路"大体一致的

基本原理
当正激电路的功率开关管 Q 导通的时候，流经电感 L、高频变压器 T
和整流二极管 D2，电源的能量给负载 RL 及滤波电容 C 充电。当正激电路的功率开关
管关断的时候，电感 L 经续流二极管 D1 向电容 C 及负载充电。当电源工作在稳定状态
时，开关管的导通占空比和变压器的初次级绕组匝数比就决定了输出电压。

参数计算
在 Boost 电路稳定运行时，输入直流电 Uin 与输出直流电 Uo 之间的关系

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