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pdf+PCB+stm源码两份+仿真等文件） 1.输入电压AC220V，50Hz交流电 2.PFC输出390V，150KHz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，GPIO，ADC，DAC，HRTIM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：AC220V，50Hz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390V），feedback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、HRTIM
- GPIO（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ADC1- DAC（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1- HRTIM（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pdf+PCB+stm源码两份+仿真等文件） 1.输入电压AC220V，50Hz交流电 2.PFC输出390V，150KHz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，GPIO，ADC，DAC，HRTIM等