1、本能量回饋裝置來源為2018全國電子設計大賽E題，
其中變流器進行負載試驗時，需在其輸出端接負載。通常情況下，輸出電能消耗在該負載上。為了節能，應進行能量回饋。負載試驗時，變流器1（逆變器）將直流電變為交流電，其輸出通過連接單元與變流器2（整流器）相連，變流器2將交流電轉換成直流電，並回饋至變流器1的輸入端，與直流電源一起共同給變流器1供電，從而實現了節能。其中系統結構圖如下：
其要求如下：
（1）變流器1輸出端c、d僅連接電阻性負載，變流器1能輸出50Hz、25V0.25V、2A的單相正弦交流電。
（2）在要求（1）的條件下，變流器1輸出交流電的頻率范圍可設定為20Hz～100H，
步進1Hz。
（3）變流器1與能量回饋裝置按圖1所示連接，系統能實現能量回饋，變流器1輸出電流I1 = 1A。
（4）變流器1與能量回饋裝置按圖1所示連接，變流器1輸出電流I1 = 2A，要求直流電源輸出功率Pd越小越好。
2、分析如下，
（1）基本單個部分分析：題中變流器1為DC-AC模塊，基本兩路半橋實現互補輸出，通過兩路SPWM驅動半橋，輸出正弦波形，實現DC-AC的交流信號產生；其二連接單元，初始想法為信號隔離裝置，也就是將連接單元1和連接單元2的GND信號隔離開，放置波形出現失真，先是定做了30V-30V的1：1的100W變壓器，實現接地信號的隔離，后期發現變流器1和變流器2共地並沒有太大影響輸出交流信號，故后來沒有使用變壓器隔離；變流器2為AC-DC轉換器，即通過整流橋實現信號變化，
（2）連接整體相關分析，需要實現變流器的50Hz、25V、2A的正弦交流信號的產生，需要實現電壓值的恆定，以及電流值的穩定。個人思路如下：通過采集變流器1輸出電壓，實現PID調節電壓，再通過負載實現2A，通過恆壓以及負載調節實現電流值的穩定；第二問中的頻率步進可調，只要實現開環調節即可；第三問需要實現在加入能量回饋裝置之后，實現電流值的恆定，后來官方出題人補充：使得能量回饋裝置呈阻性，也就是將能量回饋裝置做成電流源，其基本原理就是：調節電流就是調節負載阻性，實現題目要求的實現，同時后半部分的電流回饋至輸入處時，需要實現后半部分的高壓回饋，原因：電壓值過低會使得電流值無法回饋造成電流倒灌，故最終選取方案為：PFC_BOOST升壓電路作為能量回饋裝置。同時對U1輸出電流進行采樣，進行反饋實現電流值的恆定，也就是調節能量回饋裝置的電流，作為恆流源使用；第四問為變流器1輸出電流為2A實現電路功率最大，即在輸出2A的基礎上，使得恆流源輸出電流值最大，確保功率最大化。
3、硬件電路實現
3.1 U1變流器電路實現
（1）光耦隔離電路，使用6N137實現對SPWM波形的隔離，防止信號耦合，原理圖如下：
（2）電壓采樣電路，通過電壓互感器實現降壓，完成電路電壓采樣，原理圖如下：
（3）電源產生，主要通過LM2596以及ICL7660進行電壓生成，原理如下：
（4）其驅動橋整體電路設計如下：
3.2 U2變流器的設計實現
（1）首先是整流橋的實現，將交流轉換成直流輸入值BOOST電路，完成升壓功能，原理如下：
（2）其次為基本驅動電路，選型為TLP250驅動電路：
3.3 電路有效值采樣電路，選型為AD637，進行采樣，其原理如下：
4、軟件設計.
主要設計PID電流反饋以及PID電壓反饋，其他基本采樣設計和配置，不多加贅述，有意者可另行留言，附上部分代碼，為SPWM產生代碼：
#include "pwm.h"
#include "led.h"
#include "oled.h"
#include "key.h"
#include "math.h"
#define P_I 3.1415926
u32 pwm_data[1000];
u16 sin_i;
static vu16 sign = 0;
vu16 Counter_sine=0;
extern u16 adc_i;
void sin_wave(u16 length);
void TIM1_Init(u16 arr, u16 psc)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1 | RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
TIM_DeInit(TIM1);
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseInitStructure);
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
TIM_OC3Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);
TIM_OC2PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);
TIM_OC3PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);
TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Enable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Enable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_OFF;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = 30;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break = TIM_Break_Disable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_Low;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Disable;
TIM_BDTRConfig(TIM1, &TIM_BDTRInitStructure);
TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
TIM_CCPreloadControl(TIM1,ENABLE);
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);
}
TIM_ICInitTypeDef TIM2_ICInitStructure;
extern u16 n;
u32 microsecond=0;
u32 EvenOdd=0;
void sin_wave(u16 length)
{
for(sin_i = 0;sin_i < length;sin_i++)
pwm_data[sin_i] = 3600*0.4 *sin(2*P_I * sin_i / length) + 1800;
}
void TIM4_Init(u16 arr, u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);
TIM_DeInit(TIM4);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= psc;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update);
TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE);
TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
void TIM4_IRQHandler(void)
{
if (TIM_GetITStatus(TIM4 ,TIM_IT_Update) == SET)
{
Counter_sine++;
TIM_SetCompare1(TIM1,(u16)(pwm_data[Counter_sine]));
TIM_SetCompare2(TIM1,(u16)(pwm_data[Counter_sine]));
TIM_SetCompare3(TIM1,(u16)(pwm_data[Counter_sine]));
if(Counter_sine==n)
{
Counter_sine=0;
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM4 , TIM_FLAG_Update);
}
5、此為18年電設A題，后續更新以前電設方案，個人本科經歷，多處不足，敬請指正，互相學習。