全国大学生电子设计竞赛单相ACDC变换电路A题

全国大学生电子设计竞赛单相ACDC变换电路A题学校统一编号HIT-A-003摘要IR2102，低导通电阻功率MOSFETIRF3205制作了一台具有自动稳压功能的AC-V)转换。负载调整率、电压调整率分别达到了%和%，较好地完成了基本要求。此外，给出了功率因数调整和校正的基本方法和结构框图。．．．选选案选．析与计．器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．据．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．结果分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．ACDC路(A题)【本科组】(1)在输入交流电压U=24V、输出直流电流I=2A条件下，使输出直流soo (2)当U=24V，I在~范围内变化时，负载调整率S≤%。soI (3)当I=2A，U在20V~30V范围内变化时，电压调整率S≤%。osU(4)设计并制作功率因数测量电路，实现AC-DC变换电路输入侧功率因数(5)具有输出过流保护功能，动作电流为±。(1)实现功率因数校正，在U=24V，I=2A，U=36V条件下，使AC-DC变soo(2)在U=24V，I=2A，U=36V条件下，使AC-DC变换电路效率不低于soo(3)能够根据设定自动调整功率因数，功率因数调整范围不小于~，稳态(4)其他。(1)全桥整流。该电路由四个二极管以及LC滤波元件构成。变压器绕(2)半桥整流。该电路由两个二极管以及LC滤波元件构成。元件总数少，结构简单，总通态损耗小。但是二极管电压高，变压器绕组需要中心抽本题中变压器无中心抽头，只能选择方案(1)。(1)Buck-Boost型电路。既能降压也能升压，输出与输入极性相反，输入输出电流脉动大，结构简单，只需要一只开关管。输出空载时，会产生很高的(2)前级Boost，后级Buck。将升降压的功能分成两个模块，使用的元器量较多，损耗也相对较大。但是这种方案有利于AC/DC变换器功率因数的(3)单级Boost电路。方案简单，驱动方便，效率较高。但是由于任务要选择方案(3)。在同样的晶振频率下，方案(2)有更高的性能和更低的功耗，因此可以降低运行频率以减少对电路的电磁干扰。因此选用方案(2)。选择选择采用硬件实现过流保护。将一个动作电流为的自恢复保险丝串联在输出(1)以过零点相位比较法为代表的直接测量法。其主要依靠硬件装置来确度难以保证。其测量框图如图2。(2)以谐波分析法为代表的软件检测分析方法。其根据谐波分析得到的供监控的依据。功率因数调整(PFC)方案选择(1)无源PFC方案。采用无源元件来改善输入功率因数，减小电流谐波，以满足要求，其特点是简单，但体积庞大、笨重，而且调整后的功率因数只能(2)有源PFC方案。在桥式整流器与输出电容滤波器之间加入一个功率变换电路，具有体积小、重量轻的特点，可以达到较高的功率因数(通常可达以上)，但成本也相对较高。具体实现方法有以下几种：整。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以及材路。使用专用IC芯片，无须编程，简单直接；但是以上三种方案只有方案(2a)可实现发挥部分“能够根据设定自动调整功短时间内实现难度较大。变压器整流电路Boost电路电阻负载ACAC-DC全桥整流滤波MCU内部的PWM控制器论分析与计算(1)降低开关频率。开关频率过高，开关管的损耗将会很大；开关频率过低，可能在运行中造成噪声干扰和输出电压纹波的增加。本设计中将开关频(2)使用低导通电阻的开关管。本设计采用采用N沟道功率MOSFETIRF3205作为开关管(导通电阻8mΩ)。(3)输入整流桥的损耗在低电压、大电流输出时，可占开关电源总功耗(4)采用正向导通电压低、反向恢复时间极短的肖特基二极管。本设计中(5)输出铝电解滤波电容器的等效串联电阻(ESR)应尽量低。功率因数调整(PFC)方法oooo最佳的利用供电电流使电网电流失真减到根据电感电流连续工作模式(CCM)下Boost型电路输出电压、输入电压1=i=i可得其输出电压可以通过PWM控制信号的占空比D来调整。但如果电路工作在电感电流断续模式(DCM)下，则输出与输入的关系为=1+√1+22S=2i≥ (1−)≥s2s电压小于36-eV，则提高占空比(e为设定的输出电压误差阈值)。oo电容TU2C=(3~5，R=dRLPLd流3A)，能很好地满足题目的要求。对电压采样信号的处理以及稳压功能。其中单片机的定时器产生占空比可调的键盘键盘单片机定时器ADCLCDACV控电路和单片机供电15V为运放和驱动芯片提供电源，之后外加一个自制的辅助电源模块(DC15V-DC5V)给单片机供电。自制模块采用降压型开关稳压电源控制器LM2576，kHz的振荡器，电压转换效率高(可达77%到88%)，输出电压的误差范围小(最大4%)，负载驱动能力大(最大3A)。本设计中选用LM2576-12为集成对主回路的影响，提高采样精度。开始开始系统初始化电压值N输出电压大于36V？减少PWM波占空比YRIGOLDM3051RIGOLDS1102ESUINGSS25波器源IIASAO++VAC-DCVAC-DCL~L~(1)输出稳压测试so保持其他条件不变，在输入交流电压=24V、输出直流电流=so序号直流输出电压/V123(2)负载调整率测试soso序序号直流输出电流/A直流输出电压/V12345(3)电压调整率测试保持其他条件不变，当s直流输出电压要求(5)。序序号交流输入电压/V直流输出电压/V120225330(4)过流保护功能测试(见表4)序号序号动作电流123(5)AC-DC变换电路效率测试(见表5)(1)输出稳压测试结果分析oo满足要求(1)。(2)负载调整率测试结果分析在测试条件下，根据负载调整率的计算公式，可以得到I=|o2o1|×100%=×100%=2.7%(3)电压调整率测试结果分析在测试条件下，根据电压调整率的计算公式，可以得到(4)过流保护功能测试结果分析在测试条件下，系统具有过流保护功能，且三次测试的动作电流满足基本(6)AC-DC变换电路效率测试结果分析的发热量较高，可能是由于电感为手工绕制，缺少绕线工具造成电感线圈有较参考文献M：北京理工大学出版社，20120MM北计量技术.NameDescriptionDesignatorQuantityValue11400uHBridge1FullWaveDiodeBridge1HighConductanceFastDiode1N-ChannelMOSFET1CapPolPolarizedCapacitorC3,C42CapCapacitorC1,C22MBRMBRltDiode1edCapacitor3edCapacitor21210K,100K1edCapacitor1edCapacitor1MBR11LM576-5V1stalDisplay1Atmega16MinSystemIncluding8Mcrystal1/******************************************************************************/Name电子设计电源题功能：稳压，电路保护功能Designedby组Date:2013/9/521:09/*开发环境:ICCAVR/******************************************************************************/#include<>#include<>#include""defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineGet_Bit(val,bitn)(val&(1<<(bitn)))intaddatauintrec;ucharflag=1;A"};uchartemp1[]={"Voltage:.V"},temp2[]={"Current:.A"},temp3[]={"DUTYCYCLE:%"};floattempfloattempfloatuinttemp1int=0,temp2int=0;voidportinitvoid){PORTA0xf8;//f8DDRA=0x07;PORTB0x00;DDRB=0xFF;PORTC=0xFF;//m103outputonlyDDRC=0x00;PORTD0x8F;DDRD=0x70;}TIMERinitialize-prescale:1WGM:5)PWM8bitfast,TOP=0x00FFdesiredvalueactualvalue%)idtimerinitvoid{TCCRBx0;//stopTCNTHxFF//setupTCNTLx01;OCRAHx;Fer}数*/s{foriixmsi{for(j=0;j<1140;j++);}}voiddelay(uintx){oriixi}//按下按键后待处理的程序voidkey_sol(void)//液晶界面{keyflagdInitWriteChar(1,0,16,cont1);WriteChar(2,0,16,cont2);WriteNum(2,0,ASCII[num1]);WriteNum(2,2,ASCII[num2]);writecom(0x0f);//开光标显示xcflag{D{ymskey_flag=key_flag+1;while(!(Get_Bit(PIND,PD0)));//等待按键松开yms}flag{case1://调节电流NUM1/if(Get_Bit(PIND,PD1)==0){numflag1;ymsum{um}WriteNum(2,0,ASCII[num1]);writecom(0xc0);while(!(Get_Bit(PIND,PD1)));//等待按键松开ms}{numflag1;yms{}WriteNum(2,0,ASCII[num1]);writecom(0xc0);while(!(Get_Bit(PIND,PD7)));//等待按键松开}akcase2://调节电流NUM2writecom(0xc2);/if(Get_Bit(PIND,PD1)==0){num_flag=1;ymsum{um}WriteNum(2,2,ASCII[num2]);writecom(0xc2);while(!(Get_Bit(PIND,PD1)));//等待按键松开ms}{numflag1;yms{}WriteNum(2,2,ASCII[num2]);writecom(0xc2);while(!(Get_Bit(PIND,PD7)));//等待按键松开}keyflagakeyflag}}}#pragmainterrupt_handlerint0_isr:iv_INT0voidint0_isr(void){delay_ms(10);keysol;while!(Get_Bit(PIND,PD2)));//等待按键松开eyflagInit}voidinitdevicesvoid{//stoperrantinterruptsuntilsetupCLI();//disableallinterruptsportinit);nitMCUCR=0x02;GICR0x40;TIMSK=0x00;//timerinterruptsourcesSEI//re-enableinterrupts//allperipheralsarenowinitialized}uintAD_GetData(uintad_input){ADCSRA&=0x0f;returnADC;}正*/{while(1){switch(delay_flag){case0:case1:if(temp1int<vol_exp){OCRAL=OCR1AL+3;yflag}volexp{OCR1AL=OCR1AL-3;yflag}ak{OCRAL=OCR1AL+1;}volexp{OCR1AL=OCR1AL-1;}ms}t{OCR1AL=2;delay_ms(20);{ymsvolexp{gPORTD&=0xbf;//打开继电器}}}if((temp2int>(num1*100+num2*10))&&(OCR1AL>150)){err_flag=1;err_sol();}}}voiderr_sol(){ucharcont4[]={"Caution:ucharcont5[]={"Voltage>36Vswitch(err_flag){PORTDPD6);//关闭继电器ntntwhile(!flag);//等待菜单按键按下case1:PORTDPD6);//关闭继电器LcdInit();WriteChar(1,0,14,cont3