单相AC-DC变换最终论文)

1、单相AC-DC变换电路（A题）参赛学生：刘焕强学校、学院：济南大学自动化与电气工程学院赛前指导教师：任宏伟2013年9月7日 单相AC-DC变换电路（A题）摘要 本设计将220V交流电经过自耦变压器、隔离变压器降压出来的交流电经过整流桥变成不稳定的直流电，经过Bosst升压电路、PFC控制电路将不稳定的直流电变成稳定输出的直流电。PFC控制部分采用有源PFC功率因数校正芯片UCC28019实现高输入功率因数和低输入电流谐波含量。功率因数测量电路采用相位差测量法。过流保护功能采用电阻采样电压与基准电压进行比较，准确的对主电路的电流进行检测与判断，实施对电路的过流保护。关键字: 整流桥，Bosst

2、升压，PFC，UCC28019，过流保护，过压保护 目录摘要1目录11 系统整体设计与方案论证- 1 -1.1系统硬件总体设计- 1 -1.2主要模块方案论证- 1 -1.2.1功率因数校正方案论证- 1 -1.2.2功率因数测量电路方案论证- 2 -1.2.3输出过流保护电路方案论证- 2 -2 理论分析与计算- 2 -2.1 恒压模块电路设计- 2 -3 电路与程序设计- 2 -3.1电路整体设计- 2 -3.2过压、欠压保护电路设计- 2 -4 系统测试- 2 -4.1 输出直流电压Uo测试- 3 -4.2 负载调整率测试- 3 -4.3 电压调整率测试- 3 -4.4 功率因数测量电路

3、性能测试- 3 -4.5 过流保护电路测试- 3 -4.6 功率因数校正测试- 3 -4.7 AC-DC变换电路效率测试- 4 -4.8 功率因数调整测试- 4 -5 结束语- 4 -参考文献- 4 -附录- 5 -附录1 系统部分电路图- 5 -附录2 程序清单- 5 - 10 - 1 系统整体设计与方案论证1.1系统硬件总体设计经过对题目的仔细分析与讨论，我们制定了如下整体硬件设计。首先系统主要包括整流、功率因数校正、Boost 升压等几个部分。自藕变压器和隔离变压器将220V交流电压降低到符合整流电路所需要的交流电压，经整流电路后得到直流电。将得到的直流电送入 Boost 升压电路进行升

4、压，Boost 电路的输出电压极性与输入电压极性相同，但总高于输入电压，输入电流连续、输出电压与负载电流无关，输出阻抗非常低，通过控制开关管通断的占空比来控制输出电压。PFC 控制部分采用有源 PFC功率因数校正可以实现高输入功率因数和低输入电流谐波含量，并且开关管的电压应力和电流应力都比较小。 电压适应范围宽，功率因数高。采用MSP430制作功率因数测量电路，它具有处理能力强，运行速度快、资源丰富、开发方便等优点，我们团队对其使用也非常熟悉。系统整体设计如图 1 所示。图1 系统整体设计图1.2主要模块方案论证1.2.1功率因数校正方案论证方案一：采用DSP+BOOST实现，通过DSP编程控

5、制完成系统的功率因数校正。 优点：通过软件调整控制参数，使系统调试方便，减少了元器件的数量，减少材料和装配的成本，而且可减小干扰。 缺点：软件编程困难，采样算法复杂，计算量大，难以达到很高的采样频率，此外还要注意控制器和主电路的隔离和驱动。方案二：采用BOOST+UC3854实现。优点：使用专用IC芯片，简单直接，无需软件编程 。缺点：电路调试麻烦，易受噪声干扰，需要调节的器件较多。 方案三：采用BOOST+UCC28019实现优点：相对于方案二步骤少，简单易行，只需调节放大器的补偿网络。综上我们采用方案三。1.2.2功率因数测量电路方案论证方案一：使用专用单向交流电能计量芯片ATT7053。

6、优点：用芯片可靠性高，速度快。缺点：此芯片编程相对复杂，短时间内难以成功调试方案二：电流电压互感器分别对电压与电流采样，得到两路正弦波，经过过零比较整形成方波后用异或芯片将两路信号做异或处理后得到一路方波，根据其占空比，结合软件编程得到其相位差的大小。优点：原理简单易懂，硬件相对简单，可靠性较高。缺点：采样及处理过程中误差可能较大，但在题目要求范围内。综上所述，我们采用方案二。1.2.3输出过流保护电路方案论证方案一：采用PTC自恢复保险构成过流保护及自恢复电路。优点：无需外围电路，只要串入电路中一个PTC即可。缺点：PTC的灵敏性不够，过流保护不够及时，准确。方案二：通过LM393比较器，采

7、集电路的电压放大与基准电压进行比较，控制继电器通断来进行保护与自恢复。优点：电路灵敏性比较高，通过与基准电压比较，能够准确的对主电路中的电流做出判断并进行保护，同时具有自恢复功能。缺点：电路调节稍微繁琐，需要辅助电源供电，对电路的效率有一定的影响。综上所述我们采用方案二。2 理论分析与计算2.1 主要参数计算 输出电压，电流，输入电压最小值，设系统效率为0.97，功率因数为0.99，因此输入电流有效值为，峰值电流，纹波电流，最大纹波电压为:，因此输入滤波电容为 取1uF。电感峰值电流为，电感感值为， 取0.2mH.电路工作频率为65KHz，故电感的参数为0.2mH,工作频率65KHz,最大电流

8、10A。开关管要求工作在65KHz，在系统中取IRFP460,最大反向电压可到500V，最大电流20A，导通电阻小，开关管上升时间为120ns.可满足题目要求。D1二极管主要的功能是使系统快速启动，系统中采用FR307，快恢复二极管D2取1个MUR3060双管并联使用，需要加散热装置。电感电流采样电阻为，取120毫欧。输出滤波电容为，取1000uF。输出电压反馈分压电阻的计算：基准电压为5V，因此输出电压分压电阻分别为：，取=1M，则。输入电压分压电阻分别为：=6.9M因此=根据以上计算，可算出最大输入电流3 电路与程序设计3.1电路整体设计系统整体电路图见附录1图1。3.2功率因数测量电路功

9、率因数测量电路图见附录图2。我们采用电压电流互感器采样，再用tlc372过零比较后，将正选波整形成方波，然后用LS86将电流电压信号异或处理后得出一路方波，测得方波的占空比，再进行简单处理就可得到功率因数值。3.3过流保护电路设计过流保护电路见附录图3。通过采样电阻采集两路电路中的电流信息，经过高精度放大器INA118，放大，放大后的电流通入LM393比较器，与设定好的基准电流相比较，对继电器进行控制，保护电路，同时，采用两路电路的形式，可以在过流切断电路后自动恢复，INA118输出端的二极管能够起到保护元器件，防止电流倒流，损坏器件。3.4过压、欠压保护电路设计使得主电路失电，达到了保护电路

10、元器件的目的，该设计方案很好的完成了欠压保护的功能。过压保护原理与其类似。4 系统测试根据题目要求，我们对该系统做了详细的数据测试和严谨的计算，各功能模块的数据记录如下所示。4.1 输出直流电压Uo测试在输入交流电压Us=24V、输出直流电流Io=2A条件下，对输出直流电压进行测量。表4-1次数12345678Uo（V）36.0436.0736.0536.0436.0836.0136.0236.04 经测试满足基本要求1。4.2 负载调整率测试当Us=24V，Io在0.22.0A范围内变化时，测量负载调整率。表4-2Uo1（V）Uo2（V）负载调整率35.8836.020.39%35.9236

11、.050.36%经测试满足基本要求2。4.3 电压调整率测试Io=2A，Us在20V30V范围变化时，测量电压调整率。表4-3Uo1（V）Uo2（V）电压调整率36.0236.060.1%36.0536.090.1%经测试满足基本要求3。4.4 功率因数测量电路性能测试 将功率因数测量电路测得的功率因数值与标准功率因数表测量值进行对比。测量值标准值误差绝对值0.9830.9930.01测量值标准值误差绝对值0.9810.9950.014 经测试满足基本要求4。4.5 过流保护电路测试次数1234动作电流（A）2.532.512.492.55 经测试满足基本要求5。4.6 功率因数校正测试 在U

12、s=24V，Io=2A，Uo=36V条件下，测量AC-DC变换电路交流输入侧功率因数。次数1234功率因数0.9910.9920,9910.994 经测试满足发挥要求1。4.7 AC-DC变换电路效率测试 在Us=24V，Io=2A，Uo=36V条件下，测量计算AC-DC变换电路效率。次数123效率96.0%95.8%95.5% 经测试满足发挥要求2。4.8 功率因数调整测试原始值0.9910.9920,9910.994设定值0.9820.9840.9900.994测量值0.9900.9890.9930.993误差绝对值0.0120.0150.0030.0015 结束语经过艰苦不懈的努力，我们

13、实现了题目的基本设计要求和发挥部分，在某些方面系统性能还超过了题目要求。在模块调试方面遇到的最大困难是要实现各参数的精度，经过我们对各方案的测试、比较，并反复调试，最终克服了全部困难。经过本次大赛，让我们深刻体会到了团队协作和团队精神的重要性，也很好的锻炼了我们的创新能力，学习和动手能力。参考文献1 孙涵芳 徐爱卿 单片机原理及应用 北京：北京航空航天大学出版社 2004.62 黄智伟 全国大学生电子设计竞赛训练教程 北京：电子工业出版社 2006.73 童诗白 华成英，模拟电子技术基础（第四版） 北京：高等教育出版社 1980.94 阎石著 数字电子技术基础(第五版) 北京：高等教育出版社

14、2006.55 孙肖子 邓建国 电子设计指南 北京：高等教育出版社 2006.16 何希才 新型集成电路及其应用实例 北京：科学出版社 2005.87 洪利 MSP430单片机原理与应用实例详解 北京：北京航空航天大学出版社 2010.7附录附录1 系统部分电路图附录图1 系统整体电路图附录图2 功率因数测量电路附录图3 过流保护电路附录图3 过压、欠压保护电路图附录2 程序清单#include <msp430g2553.h>/*.头文件.*/#include "KEY.h" /键盘函数#include"PORT.h" /中断函数#inclu

15、de"DA5618.h" /DA 输出函数#include "12864.h" / 12864 液晶函数void ADINIT(void);void port(void);uchar a0,y,z;double a1,x;void main () uchar *p,*p1; p="TI电子大赛" p1="加油加油" WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; / Stop WDT 12864(); / 初始化液晶 ADINIT(); /初始化 AD port(); /中断初始化 Disp_HZ(0x83,p

16、,4); Disp_HZ(0x93,p1,5); Send(0,0x01); /清屏 while(1) ADC10CTL0 &= ENC; while (ADC10CTL1 & BUSY); / Wait if ADC10 core is active ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC; / Sampling and conversion start ADC10SA = (unsigned int )ad_val; / Data buffer start x=(ad_val0)/1023.0)*3570; y=(unsigned int )(x); x=(a

17、d_val1)/1023.0)*3570; Z=(unsigned int )(x); x=x*5.1636; zh1=(unsigned int )(x); KEY(); /键盘扫面 Send(0,0x01); /清屏 hengliu(); hengya(); /*.AD初始化.*/void ADINIT(void) ADC10CTL1 = CONSEQ_3 + INCH_0 + INCH_1 ; / A3/A0,序列通道多次转换 ADC10CTL0 = ADC10SHT_2 + MSC + ADC10ON + ADC10IE; ADC10DTC1 = 0x08; / 8 conversions一共采样8次 ADC10AE0 |= 0x03; / P1.3,P1.0 ADC10 option select /*.中