GPT-4o给出的设计方案：

一、设计方案

本设计的目标是制作一个单相AC-DC变换电路，输出电压稳定在36V，最大输出电流2A。以下是详细设计方案。

二、方案论证

1. 整流与滤波：

   • 使用全桥整流器将变压器的交流电转换为直流电。
   • 添加滤波电容以平滑整流后的波形，减少纹波。

2. 电压调节与稳定：

   • 使用线性稳压器或者开关稳压器来稳定输出电压。
   • 引入一个反馈控制回路来调节输出电压，确保在负载变化时也能维持稳定。

3. 保护电路：

   • 加入过流保护和过压保护电路以防止设备损坏。

4. 散热设计：

   • 对于线性稳压器，需要考虑散热器的设计；对于开关稳压器，建议使用效率更高的器件并配备必要的散热措施。

三、重要指标的理论分析

1. 电压调节率（S_U）：

   S_U = ΔUo/Uo×100% 

   需要满足在U_s变化及负载变化条件下电压调节率保持在0.5%以内。

2. 效率（η）：

   η= Po/Ps×100% 

   其中，Po = Uo · Io ) 表示输出功率，( P_s ) 表示输入功率。需确保AC-DC变换效率不低于95%。

3. 功率因数（PF）：

   PF = P_active/P_apparent

   需保证功率因数不低于0.98。

四、电路原理图设计要点

1. 整流电路：

   • 采用全桥整流电路，四个二极管配置成桥式结构。

2. 滤波器：

   • 选择合适的电容与电感并联或串联进行滤波，减小输出纹波，提升电源质量。

3. 稳压电路：

   • 采用稳压芯片（如LM317/LM338等可调稳压芯片）或者开关稳压芯片（如DC-DC降压芯片LM2596）。
   • 利用反馈电路与分压电阻调整输出电压，确保输出稳定性。

五、核心器件设计要点

1. 全桥整流器：

   • 选用四个耐高压、大电流的整流二极管，如1N5408。

2. 滤波电容：

   • 选用高频低阻抗电解电容，额定电压应高于最大输入电压，容量为 1000 μF 以上。

3. 电压稳压器：

   • 线性稳压器如LM317，LM338 或者采用效率更高的DC-DC 转换器如 LM2596。考虑输出负载电流，选择合适的散热装置。

重要功能的C代码（使用MCU）

假设我们使用MCU来进行电压反馈调节，以下是简化的C代码示例：

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

#define REF_V 36       // 参考电压值
#define SENSOR_PIN ADC0 // 电压传感器引脚
#define PWM_PIN PB1     // PWM模拟输出引脚

void setup() {
    // 初始化ADC
    ADMUX = (1 << REFS0); // AVcc 作为参考电压
    ADCSRA = (1 << ADEN) | (1 << ADPS2) | (1 << ADPS1); // 启用ADC，分频因子 = 64
    
    // 初始化PWM
    TCCR1A = (1 << COM1A1) | (1 << WGM11); // 非反相模式
    TCCR1B = (1 << WGM13) | (1 << WGM12) | (1 << CS11); // 快速PWM，分频因子 = 8
    ICR1 = 39999; // 50Hz PWM频率
    DDRB |= (1 << DDB1); // 将PB1设为输出
}

uint16_t readADC(uint8_t channel) {
    ADMUX = (ADMUX & 0xF0) | (channel & 0x0F);
    ADCSRA |= (1 << ADSC);
    while (ADCSRA & (1 << ADSC));
    return ADC;
}

void setPWM(uint8_t dutyCycle) {
    OCR1A = dutyCycle * 39999 / 255;
}

int main(void) {
    setup();
    
    uint16_t adcValue;
    uint8_t pwmValue;
    
    while (1) {
        adcValue = readADC(SENSOR_PIN);
        
        // 简单的比例控制算法
        pwmValue = (adcValue > REF_V) ? (adcValue - REF_V) : (REF_V - adcValue);
        setPWM(pwmValue);
        
        _delay_ms(10);
    }

本题考察的知识点：

本题主要考察的是单相AC-DC变换电路的设计与实现，涉及以下知识点：

1. 基本电力电子电路：

   • 整流电路：包含全桥整流等基本整流电路设计。
   • 滤波电路：使用电容、电感进行滤波，减少直流输出电压的纹波。

2. 电压调节与稳压电路：

   • 稳压芯片的选择与使用。
   • 输出电压调节技术，确保输出稳定。

3. 电路保护机制：

   • 过流、过压保护电路设计，防止过载情况下损坏电阻。

4. 功率因数与效率：

   • 功率因数校正，提高电源转换效率。
   • 总效率分析，确保转换效率不低于95%。

5. 理论与设计参数：

   • 根据输入输出参数进行理论计算和参数选定。
   • 反馈控制与调节策略。

6. 编程与控制：

   • 使用MCU或FPGA进行电压反馈控制，确保输出电压稳定。