单相AC-DC变换电路

1、题目：单相AC-DC变换电路 贵州师范大学 郭明雷 潘捷 魏云川本电路基于UC3842这款PWM（脉宽控制器）器件，通过RC振荡，产生一定频率占空比的方波，控制开关管保持在截至和导通的开关状态，具有功耗小、效率高等优点，它的稳压通过对输出取样，反馈给UC3842电压反馈电路，控制振荡方波的占空比，来实现输出稳定。摘要：本电路基于UC3842这款PWM（脉宽控制器）器件，通过RC振荡，产生一定频率占空比的方波，控制开关管保持在截至和导通的开关状态，具有功耗小、效率高等优点，它的稳压通过对输出取样，反馈给UC3842电压反馈电路，控制振荡方波的占空比，来实现输出稳定。This circuit ba

2、sed on PWM controller of UC3842 produces certain frequency duty ratio square wave by the oscillation of RC. It has the advantages of low input power and high efficiency as control switch is kept at the condition of ON and OFF. Its stabilivolt is back fed to UC3842 voltage feedback circuit by outputt

3、ing samplings. It can realize stable outputting by controlling the duty ratio of oscillating square wave. 关键词：UC3842 整流滤波 PWM 占空比 一、系统方案设计 1、系统总体设计方案一：单片机AT89C52来实现整个系统的控制。此方案优点是布线简单，硬件设计节省时间；缺点是控制软件编程工作量大、难度大，所有的控制都由单片机来实现，对单片机的硬件资源要求很高,这是单片机难于实现的。方案二：按照提目要求我们设计的单相AC-DC变换电路包括降压滤波、整流滤波、DC-DC变换模块；过流保

4、护模块，其总体框图如下图： UC3842 交流输入整流滤波 电阻分压 高频变压器 开关MOS管 直流输出 整流2、 理论分析与计算 1、提高效率的方法：（1）合理选择辅助电路电子元件。减小辅助电路的功率损耗。（2）加强变压器制作工艺减小漏感避免出现 、变压器铁心的饱和、变压器原边和副边线圈间的漏电感太大、线圈或铁心选择不当、将多股绕制时因绕线错误造成圈数不等的 线圈并联使用、铜损与铁损的不平衡等扼流圈问题。 （3）从开关管的的开关损耗考虑选用开通、关断比较迅速、通态电阻小的功率MOS 管作为主开关器件。 2、功率因数的调整方法本系统使用的无源功率因数校正法，因电源经全波整流后，通常都要接图一

5、：交流流入到直流输出一个大的滤波电容，以得到波形较为平直的直流电压。整流器、电容滤波电路是一种非线性元件和储能元件的组合，因此，虽然输入交流电压是正弦的，但输入交流电流波形却严重畸变，呈脉冲状。脉冲状的输入电流含有大量的谐波，一方面使得电源输入端功率因数下降，为了减少谐波电流，提高供电效率，减少设备对电网的不良影响，就必须增大功率因数，于是我们采用无源功率因数校正法提高电源设备的功率因数，它由电感、电容和其他无源元件构成其原理图如下： 3、稳压控制方法电流控制型脉宽调制器能产生频率固定而脉冲宽度可以调节的驱动信号,控制大功率晶体管的通断状态来调节输出电压的高低,达到稳压目的,锯齿波发生器提供恒

6、定的时钟频率信号,利用误差放大器和电流测定比较器形成电压闭环,利用电流测定、电流测定比较器构成电流闭环,在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感电流的信号与误差放大器输出信号进行比较,从而调节驱动信号的占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化,假如由于某种原因使输图（二）：控制电路出电压升高时,脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度,亦即占空比D,使斩波后的平均值电压下降,从而达到稳压目的,反之亦然。其控制原理图如下（图二） 三、电路设计1、主回路与器件的选择（1）单相AC-DC变换电路主回路介绍本次设计前人经验，对前人已设计好的电路加以修改，并在Saber开关电源仿真软件上完成电路图的绘

7、制和实现仿真，其电路图如（图三），输出的集成芯片UC3842，线性光耦器以及可调式精密并联稳压器TL431共三片集成电路。图三:系统主回路（2）启动电路 方案一：采用功率热敏电阻电路利用热敏电阻负温度系数特性，在电源接通瞬间，热敏电阻的阻值较大，起到限制冲击电流的作用；一般适用于小开关电源，由于热敏电阻的热惯性，重新恢复高阻需要时间，故对电源断电后又需要很快接通的情况起不到作用。 方案二：SCR-R电路SCR-R防冲击电流电路采用可控硅（SCR）和电阻（R）的防冲击电流的软启动电路。这种限流电路存在的问题是:当电源瞬时断电时，由于输入电容器上的电压不能突变，其两端仍然存在断电前的充电电压，逆变

8、器可能还处于工作状态，此时若马上接通输入电源，同样会起到不防止冲击电流作用。 方案三：启动电路如图（图四),输入的220V交流电经过降压变压器后由 电感、电容 消除电磁干扰，再经过桥式整流以及C1、C2、C3滤波过后变成脉动的直流电压，当电压达到16v时达到芯片的启动电压，UC3842开始工作并提供驱动脉冲， UC3842的启动电压大于16 V，启动电流仅1 mA即可进入工作状态。处于正常工作状态时，工作电压在1034 V之间，负载电流为15 mA。超出此限制，开关电源呈欠电压或过电压保护状态，无驱动脉冲输出。 图四 根据题目需要，我们选择方案三做启动电路 （3）控制电路 方案一：自然采样法以

9、正弦波为调制波，等腰三角波为载波进行比较，在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断，这就是自然采样法。其优点是所得SPWM波形最接近正弦波，但由于三角波与正弦波交点有任意性，脉冲中心在一个周期内不等距，从而脉宽表达式是一个超越方程，计算繁琐，难以实时控制。方案二：PWM脉宽调制控制驱动电路PWM从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将图五PWM用于通信的主要原因。从模拟

10、信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。 （4）保护电路 本系统的保护电路主要是由两部分组成UC 3 8 4 2的保护功能A .一是输入欠压保护 ：主要是靠UC3842内部固有的欠压锁定电路实现，当提供给UC3842的工作 电压低于低位门槛电压时，欠压锁定电路将封锁输出驱动脉冲信号，开关管关断；B.另一保护功能是峰值电流限制功能 可实现逐个脉冲峰值电流限制。在某 一周期开管开通期间，输入到端3的电压信号(正比于流经开关管的峰值

11、电流) 到1 伏时，电流检测比较器输出高电平。输出驱动脉冲被封锁，开关管关断，直到下一个开通周期到来 。利用这一峰值电流限制可实现开关电源的输出过流或短路保 护 。（图六）为UC3842内部原理图：电流检测输入电源地输入过压保护电路的设计输入过压保护电路原理如图3所示，R1、R2组成取样电路。三端稳压基准(TI 431)I C 1作为基准和误差放大器。其工作原理为 ： 当输入电压逐渐增加使分压电阻R2上的电压大于25 V时，U1和VT1导通，U C 3 8 4 2的 3 端电压将大于1 V，其内部的电流检测比较器输出高电平，输出驱 动脉冲被封锁 ， 开关管关断；当输入电压在正常的工作电压范围内时，分压电阻R 2上的电压小于25 V 时，U1和VT1不导通，UC 3 8 4 2就处于正常的工作状态。图七 （5）电路输出部分的的设计为使一个周期内脉冲的个数多，电流波形的平滑性好，前级电路就需要较高的开关频率，于是，我们将变压器高频化，放置在输出端，改变电压的同时起到传递能量作用，配上如图的电容、电感，将输出的交流滤掉，从而得到36V的直流输出电压。4、 测试方案与测试结果1、 测试方案及测试条件测试方案：本系统检查主要以分模块方式进行，