单相ACDC变换电路设计

1、题目：单相AC-DC变换电路（A题）摘 要本设计综合考虑题目基本部分和发挥部分的指标要求，系统在AC-DC变换电路中采用基于SG3525的推挽式升压对交流信号经过整流滤波后的直流信号进行升压变换；由AD芯片TLC549和单片机STC89C51组成系统测控与显示单元，采用液晶显示器1602作为系统的状态和运行数据显示屏。该系统由AC-DC变换电路，功率因数提高电路，测量与显示等几个模块构成。通过实际测试，该系统在指定条件下能够使输出直流电压稳定在36V，输出电流额定值为2A；负载调整率，电压调整率，功率因数的测量与误差控制，输出过流保护功能等基本要求均得以实现；功率因数的校正达到了发挥部分的要求

2、。另外，系统还增加了实时输出电压电流数据显示等实用功能。一 方案论证1DC-DC升压方式的比较与选择在AC-DC变换电路中，先对交流电压进行整流滤波得到直流电压，在对其进行DC-DC升压变换。因此首先选择DC-DC升压方式。方案一：全桥加DC-DC变换方式。脉冲变压器原边是两个对称线圈，两只开关管接成对称关系，轮流通断。推挽式电源电压利用率高、输出功率大、能实现较大的升压比、两管基极均为低电平、输入输出隔离，驱动电路简单。主要缺点：变压器绕组利用率低、对开关管的耐压要求比较高（至少是电源电压的两倍）。方案二：全桥加滤波器变换方式。由四只相同的开关管接成电桥结构驱动脉冲变压器原边。与推挽结构相比

3、，原边绕组减少了一半，开关管耐压降低一半。主要缺点：使用的开关管数量多，且要求参数一致性好，驱动电路较复杂。方案三： 全桥和PFC以及DC-DC变换方式。利用控制芯片输出的PWM波形来控制开关管的通断，并设计合理的主电路上的电感电容值来控制开关管的通断时间，从而达到升压的目的。这种电路使用的外部原件最少、调试容易、成本低、效率高。缺点：负载侧电流波动大。综合考虑，我们选择方案一。2功率因数调整方案的比较与选择方案一：有源功率因数校正电路。其得到的功率因数较高，可接近于1。而且有源功率因数校正电路工作于高频开关状态，体积小，重量轻，效率高。方案二：无源有源功率因数校正电路。其得到的功率因数较低，

4、只可使功率因数提高到0.7-0.8，因此只适用于小功率电源。综合考虑，我们选择方案一。二 理论分析与计算在理论分析中，综合考虑题目的基本要求和发挥部分，本设计着重考虑效率的提高，功率因素数的调整以及稳压控制。1提高效率的方法使用高效率的MOSFET管IRF540代替传统的双极型晶体管，因为它的开关速度高、导通和关断时间短，开关损耗小，并且是电压控制型元件，驱动功率小，可以用专用集成电路直接驱动，不存在二次击穿。使用高速整流双肖特二极管STPS20150，它导通电压小，损耗小。2功率因数调整的方法 提高功率因数有两个途径：使输入电压，电流同相；使输入电流正弦化。本设计利用第二种方法。使用临界模式

5、的功率因数校正芯片ICLL6562，自制耦合变压器，75639开关管，双肖特二极管STPS20150组成一个功率因素校正电路，并供给L6562一个13.5VDC电压。13.5VDC电源单独设计了一个电路。先由24VAC电压经变压器变换，再用四只1N4007组成的整流桥进行整流，然后用LM317对其稳压得到。3稳压控制方法在输出回路上设计一个电压反馈电路，将反馈电压V=R1R1+R2+R3Uo（R1=10,R2=20,R3=150）送给运放LM358的2管脚，再将LM358的输出端接到SG3525的2端，从而控制开关管IRFP260开关管的通断来保证电压稳定。三 电路与程序设计1主电路与器件选择

6、主电路主要部分为:整流滤波电路，推挽升压电路，滤波电路，其连接方式如图1所示。图1 主回路电路图整流桥的选择：隔离变压器输出的交流电压为24V，整流桥的电流最大可达56A，为了得到较好的直流量，用全桥整流，整流桥的耐压应为50V以上，正向电流大于等于8A，实际电路中采用35A/1000V整流桥。滤波电容器选择：要求输出的最大电流为2A，最大电压为36V，所以输出最大功率约为72W，按照电路效率为80计算。可得整个电路输入的功率约为90W。电路自身功率达18W，根据P=U2/R,可求得整流滤波电路的等效负载电阻R6欧姆，滤波电路的基波周期10ms，按一般要求，滤波电路的时间常数C×R3

7、0ms50ms，所以，滤波电容C选用4700µF/50V和1000µF/50V并联。2控制回路与控制程序控制回路包括两部分：反馈电压通过控制SG3525的输出PWM波形的占空比改变开关管的通断时间，进而改变输出电压；反馈电压通过控制ICL I6562的输出PWM波形的占空比改变开关管的通断时间，进而改变功率因数。控制电路如图3，图4所示。图2 SG3525控制回路图3 ICL I6562控制回路3保护电路主要由INA201构成的输出过流保护电路，并带有报警作用。当输出电流过大时，INA201的6端输出高电平，从而使SG3525端为高电平，芯片停止工作。同时，三极管s8050

8、导通，led灯亮，蜂鸣器报警。电路图如图4所示。图4 INA201保护电路取样电阻为0.024，过流时。INA201的2端的输出电压U=0.024×2.5×50V=3V,因此电位器的阻值调到R=0.63×50K=10K.四 测试方案与测试结果1测试仪器调压器，控制变压器，8793F数字参数测量仪，万用表，DS1062E-EDU数字示波器。2测试方法AC-DC电路效率的测试方法：在隔离变压器输出为24V, 直流输出电压为36V、输出电流为2A的条件下，测得隔离变压器输出电流Is,AC-DC电路效率=Uo×IoUs×Is×100%.电压调

9、整率的测试方法：在输出电流为2A的条件下，调整变压器使隔离变压器的输出在20V到30V之间取几个值然后测量相应的直流输出电压值，根据公式可求得电压调整率。定义电压调整率SU=Uo2-Uo136×100%,Uo1为Us=20V时的直流输出电压，Uo2为Us=30V时的直流输出电压。负载调整率的测试方法：在隔离变压器输出为24V、输出直流电压36V，分别测量负载电流为0.2A和2A所对应的输出电压值。负载调整率就是输出电压的相对变化量与标准电压的比值,定义负载调整率SI=Uo2-Uo1Uo1×100%,其Uo1为Io=0.2A时的直流输出电压，Uo2为Io=2A时的直流输出电压

10、。3测试结果(1)AC-DC电路效率的测量(Us=24V、Io=2A、Uo36V)测量得到：Is=4.4A AC-DC变换器效率 =36×224×4.4×100%=68.18%。(2) 负载调整率的测试(Us=24V、Uo36V)负载电流（A）0.22输出电压（V）36.036.0负载调整率SI=0<0.5%。(3) 电压调整率的测试(IO=2A)变压器输出电压（V）2030直流稳压电路输出电压（V）36.036.1电压调整率SU=0.136×100%=0.28%<0.5%。附件程序：#include <reg52.h>#incl

11、ude<intrins.h>#include<math.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charfloat t; /countfloat num4;uchar jishu=0;float to=0;float PF=0;/countsbit rs=P35;sbit rw=P36;sbit en=P37;sbit clk=P10;sbit dout=P11;sbit cs=P12;uchar i;uchar j;uchar line4;uchar b4;void delay(uchar ms)while(

12、ms-) uchar a,b; for(b=199;b>0;b-) for(a=1;a>0;a-);void wcmd(uchar cmd)rs=0;rw=0;en=0;P2=cmd;en=1;delay(5);en=0;void position(uchar pos)wcmd(pos|0x80);void wdata(uchar dat)rs=1;rw=0;en=0;P2=dat;en=1;delay(5);en=0;void init()wcmd(0x38);wcmd(0x08);wcmd(0x01);wcmd(0x06);wcmd(0x0c);void convert()lo

13、ng num=0;long result;cs=1;clk=0;cs=0;for(j=0;j<20;j+)_nop_();for(i=0;i<8;i+)if(dout)num|=0x01;clk=1;clk=0;num<<=1;cs=1;result=num*5000/510;line0=result/1000;line1=result%1000/100;line2=result%100/10;line3=result%10;void display()uint med;PF=cos(3.1415926*to/10000)*1000.0;PF=abs(PF);med=(

14、int)PF;b0=med/1000%10;b1=med/100%10;b2=med/10%10;b3=med%10;position(0x05);wdata(0xe4);wdata(0x3d);for(i=0;i<4;i+)if(i=1)wdata(0x2e);wdata(0x30|bi);void main()init();EX0=1; /外部中断0开 IT0=1; /边沿触发 EX1=1; /外部中断1开 IT1=1; /边沿触发 TR0=0; TMOD |= 0x01; TH0=0x00; TL0=0x00; EA=1;while(1)convert();position(0x44);wdata('U');wdata('L');wdata(0x3d);for(i=0;i<4;i+)if(i=1)wdata(0x2e);wdata(0x30|linei);wda