GPT-4o给出的设计方案：

一、设计方案概述

设计一个单相正弦波逆变电源系统，其输入为220V交流电，输出为36V正弦波交流电，额定输出电流2A。系统主要包括四个模块：变压器、AC-DC转换、能量存储与滤波、DC-AC逆变。根据题目要求，各模块的设计应考虑输入电源波动、功率转换效率及其他性能指标的达成。

二、论证与设计分析

1. 输入电源处理（变压器阶段）：

   • 功能：将220V交流电压降至合适电压以满足后方电路（例如24V交流）。
   • 分析：使用降压变压器，确保输入电压范围198V-242V变化范围内输出稳定，调整卷数比进行输入输出匹配。

2. 整流与滤波（AC-DC转换）：

   • 功能：将交流电转换为直流电。
   • 电路构成：整流桥+滤波电容。
   • 计算：输入24V交流经过整流后约为34V直流，假设整流和滤波损耗后本项目需达到36V，需选择合适滤波电容以降低波形失真。

3. 能量存储与滤波：

   • 功能：平滑整流后的直流电，降低交流纹波。
   • 器件：使用大容量电解电容保证输出波形平稳。

4. 逆变电路（DC-AC逆变）：

   • 功能：将直流电转换为所需频率和电压的交流电。
   • 电路构成：基于全桥逆变器电路使用MOSFET开关，通过SPWM（脉宽调制）技术实现波形控制。
   • 控制器：以STM32等MCU控制，调节占空比以输出20Hz至100Hz的正弦波。

三、关键性能指标分析

1. 频率范围与误差：

   • 20Hz至100Hz，要求误差不超过0.1%。

2. 输出电压稳定性：

   • 36V ±0.1V，需要通过闭环反馈控制实现。

3. 负载能力与电流调节：

   • 0A至2A变化范围，集成过流保护电路。

4. 功率因数与效率：

   • 整机效率需达90%以上，采用良好散热措施减少开关损耗。

5. THD（总谐波失真）：

   • 保持在2%以下，保证输出波形质量。

四、原理图设计要点

整流与滤波电路：

• 使用整流桥KBPC5010实现全波整流。
• 滤波电容选用4700μF，耐压100V。

逆变电路：

• 全H桥电路使用IRF740N MOSFET。
• 驱动电路：使用光耦隔离驱动（TLP250）。
• SPWM控制电路：使用STM32.

五、核心器件设计要点

1. 变压器：
   • 220V 转 24V 交流，功率至少为100VA。
2. 整流桥 KBPC5010：
   • 最大电流50A，耐压1000V，带散热片。
3. 滤波电容 4700μF：
   • 稳定输出，耐压高，低ESR。
4. STM32 MCU控制器：
   • 高速PWM输出，ADC采样，闭环控制。
5. IRF740N MOSFET：
   • 耐压400V，导通电阻0.55Ω，高效率低损耗。

六、重要功能C代码

#include "stm32f4xx_hal.h"

// PWM和控制引脚定义
#define PWM_PIN GPIO_PIN_6
#define ADC_PIN GPIO_PIN_0

ADC_HandleTypeDef hadc1;
TIM_HandleTypeDef htim3;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);
static void MX_TIM3_Init(void);

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_ADC1_Init();
    MX_TIM3_Init();
    
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
    uint32_t adc_value = 0;

    while (1) {
        HAL_ADC_Start(&hadc1);
        if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK) {
            adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
            htim3.Instance->CCR1 = adc_value; // 调节占空比
        }
        HAL_ADC_Stop(&hadc1);
    }
}

void SystemClock_Config(void) {
    // 系统时钟配置
}

static void MX_GPIO_Init(void) {
    // GPIO初始化
}

static void MX_ADC1_Init(void) {
    // ADC初始化
    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    HAL_ADC_Init(&hadc1);
    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
    sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
}

static void MX_TIM3_Init(void) {
    // 定时器初始化
    TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
    TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

    htim3.Instance = TIM3;
    htim3.Init.Prescaler = 84 - 1;
    htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim3.Init.Period = 1024 - 1;
    htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    HAL_TIM_Base_Init(&htim3);
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim3);
    
    sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
    HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim3, &sClockSourceConfig);

    sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
    sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
    HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim3, &sMasterConfig);

    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 0;
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
}

这个题目考察的主要知识点：

1. 变压器设计：理解并设计220V交流输入到24V交流输出的降压变压器。
2. AC-DC整流与滤波：设计全波整流电路及滤波电容电路，以实现高效的AC-DC转换。
3. DC-AC逆变：设计全桥逆变器电路，通过SPWM技术生成稳定的正弦波交流输出。
4. 控制理论与应用：使用MCU（如STM32）进行信号采集、PWM控制，实现对逆变器的实时控制与调节。
5. 功率电子：分析和使用高效的功率器件如MOSFET及其驱动电路。
6. 电路保护与稳定性：设计过流保护电路、系统反馈控制电路，确保系统稳定运行，并实现高效的热管理。