單相AC-DC變換電路

1、單相AC-DC變換電路摘要本設(shè)計以TI公司的MSP430F169單片機(jī)為控制器，采用了TI公司的UCC28019芯片，搭建了一個單相AC-DC變換電路。本系統(tǒng)由變壓器模塊、AC-DC變換電路、功率因數(shù)檢測電路、功率因數(shù)調(diào)整電路和電流檢測電路等組成。在實驗裝置的電源電路中，對電源的輸出直流電壓、直流電流和電源的功率因數(shù)進(jìn)行了測量，并通過鍵盤對電源的輸出直流電壓進(jìn)行設(shè)定。實驗結(jié)果表明，當(dāng)電源的進(jìn)線交流電壓和負(fù)載電流，在比較寬的范圍內(nèi)變化的時候，電源的輸出電壓能夠保持較高的穩(wěn)定性；具有過流和過壓的保護(hù)功能。利用UCC28019功率因數(shù)校正功能，將電源裝置的功率因數(shù)提高到了0.98以上，并能夠?qū)⒐β室?/p>

2、數(shù)在0.8-1.0之間調(diào)整，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。關(guān)鍵詞：MSP430F169；UCC28019；AC-DC變換；功率因數(shù)2 方案設(shè)計與論證2.1 總方案設(shè)計設(shè)計并制作如圖所示的單相AC-DC變換電路。輸出直流電壓穩(wěn)定在36V，輸出電流額定值為2A。全橋整流電路220V/220V隔離變壓器自耦變壓器電阻性負(fù)載電容濾波電路開關(guān)管采集電流電壓功率因數(shù)調(diào)整電路功率因數(shù)控制電路采樣輸出電流電壓計算功率因數(shù)電路鍵盤MSP430F1691602顯示圖2-1 系統(tǒng)總框圖2.2 功能描述2.2.1基本要求（1）在輸入交流電壓Us=24V、輸出直流電流Io=2A條件下，使輸出直流電壓Uo=36V±0.1V

3、；（2）當(dāng)Us=24V，Io在0.2A2.0A 范圍內(nèi)變化時，負(fù)載調(diào)整率SI0.5%；（3）當(dāng)Io=2A，Us在20V30V范圍內(nèi)變化時，電壓調(diào)整率SU0.5%；（4）設(shè)計并制作功率因數(shù)測量電路，實現(xiàn)AC-DC變換電路輸入側(cè)功率因數(shù)的測量，測量誤差絕對值不大于0.03；（5）具有輸出過流保護(hù)功能，動作電流為2.5A±0.2A。2.2.2 發(fā)揮部分（1）實現(xiàn)功率因數(shù)校正，在Us=24V，Io=2A，Uo=36V 條件下，使AC-DC 變換電路交流輸入側(cè)功率因數(shù)不低于0.98；（2）在Us=24V，Io=2A，Uo=36V 條件下，使AC-DC 變換電路效率不低于95%；（3）能夠根據(jù)設(shè)

4、定自動調(diào)整功率因數(shù)，功率因數(shù)調(diào)整范圍不小于0.801.00，穩(wěn)態(tài)誤差絕對值不大于0.03。3 硬件方案設(shè)計與論證3.1 PFC控制方案的論證和選擇一般功率因數(shù)校正的控制方法有模擬控制方法和數(shù)字控制方法，為此設(shè)想了以下幾種控制方案：方案1：采用DSP+BOOST實現(xiàn)：采用純軟件調(diào)整控制參數(shù)，比如，PWM波的占空比，一般的使用數(shù)字控制可以減少元器件的數(shù)量，減少材料和裝配的成本，而且可減小干擾，但限于本組知識和能力的限制，不選用該方案。方案2：采用BOOST+UC3854實現(xiàn)：UC3854是一種工作于平均電流的的升壓型有源功率因數(shù)校正電路。它的峰值開關(guān)電流近似等于輸入電流。是目前較為廣泛使用的APF

5、C電路。該方案所實現(xiàn)的PFC電路，要調(diào)節(jié)UC3854的電壓放大器，電流放大器和乘法器。方案3：采用BOOST+UCC28019實現(xiàn)：UCC28019是TI公司新近推出的一種功率因數(shù)校正芯片，該芯片采用平均電流模式對功率因數(shù)進(jìn)行校正，使輸入電流的跟蹤誤差產(chǎn)生的畸變小于1，實現(xiàn)了接近于l的功率因數(shù)。UCC28019組成的PFC電路,只調(diào)節(jié)一個放大器的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)即可。 比較三種方案，發(fā)現(xiàn)方案三，設(shè)計步驟減少了好幾步，相對來說簡單易行，而且實驗結(jié)果證明該方案完全達(dá)到題目的要求。綜上所述，選用方案三。3.2 整流變換電路整流電路是能夠?qū)⒔涣麟娔苻D(zhuǎn)換為直流電能的變換器。方案1：單相半波整流電路利用二極管的單

6、向?qū)щ娦?，交流的正半周?nèi)，二極管導(dǎo)通，在負(fù)載上輸出正向脈動直流電壓電流，交流的負(fù)半周內(nèi)，二極管截止，負(fù)載上沒有電壓輸出，電路如圖3.3所示。圖3.3 單相半波整流電路方案2：單相橋式全波整流電路橋式整流電路是以四個整流二極管接成電橋形式，利用二極管的電流導(dǎo)通作用，在交流e2的正半周內(nèi)，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，負(fù)載RL上得到上正下負(fù)的輸出電壓，在負(fù)半周內(nèi)，正好相反，流過RL的電流方向與正半周一致，因此整個周期內(nèi)負(fù)載上都有方向不變的脈動直流電壓電流，電路如圖3.4所示。圖3.4 單相橋式全波整流電路方案3：單相PWM整流電路該電路同樣利用了二極管單向?qū)щ娦裕娙蓦姼袨V波，最后負(fù)載上輸出值流

7、，電路如圖3.5所示。圖3.5 單相PWM整流電路方案選擇：在單項半波整流電路中，變壓器中有直流分量流過，降低了變壓器效率，整流電路的脈動成分太大，對濾波電路要求太高，只適用于小電流整流；而單項PWM整流電路是升壓型整流電路，其輸出直流電壓可以從交流電源電壓峰值附近向高調(diào)節(jié)，如果向低調(diào)節(jié)就會使電路性能惡化，以致不能工作；單項橋式整流電路是目前使用最多的整流電路，其輸出直流電壓比單項半波高，輸出電壓脈動比單項半波小，變壓器利用率高，所以我們選擇了方案2。3.3 電壓互感器采樣模塊：電壓互感器利用的是電磁感應(yīng)原理，是由閉合鐵芯和繞組組成，對電路電壓進(jìn)行采樣。圖3.6 電壓互感器采樣電路圖3.4 電

8、流互感器采樣模塊：電流互感器運(yùn)行情況相當(dāng)于二次側(cè)短路的變壓器，電流互感器將高電流按比例轉(zhuǎn)換成低電流，對電路電流采樣。圖3.7 電流互感器采樣電路圖3.5 輔助供電部分輔助電源由變壓部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。為整個系統(tǒng)提供+5V和+12V電壓，確保電路的正常穩(wěn)定工作。這部分電路比較簡單，都采用LM2596實現(xiàn)，原理圖如圖3.8所示：圖3.7 LM2596輔助供電電路圖4 軟件與算法設(shè)計4.1 程序功能描述與設(shè)計思路1、程序功能描述根據(jù)題目要求軟件部分主要實現(xiàn)顯示功能。顯示部分：顯示功率因數(shù)。2、程序設(shè)計思路系統(tǒng)軟件控制功率因數(shù)測量部分的側(cè)相電路工作。上電后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后調(diào)用取樣子程序

9、，檢測當(dāng)前電壓電流的相位差，根據(jù)測量公式顯示功率因數(shù)。4.2 程序流程圖主程序流程圖和計算公式流程圖如圖4.1所示：開始初始化數(shù)據(jù)處理顯示初設(shè)功率因數(shù)值KEY1=1顯示被測功率因數(shù)值KEY2=1是否是開始m=20=N*2/（N+M）的計算a=返回是否圖4.1程序流程圖5 系統(tǒng)測試與結(jié)果5.1 測試儀器電路測試中使用的儀器設(shè)備及其用途如表1所示。序號儀器名稱數(shù)量用途1數(shù)字示波器1測試電源驅(qū)動波形及紋波2直流穩(wěn)壓電源1開關(guān)電源供電3數(shù)字萬用表2測試410歐100W負(fù)載1測試開關(guān)電源功率表1 電源部分測試使用儀器5.2 測試方法系統(tǒng)硬件方案完成后，各模塊焊接，檢測完畢后，連線無誤，再逐步對各模塊進(jìn)行測試。5.3 測試結(jié)果表4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)測試參考文獻(xiàn)1 周潔敏等.開關(guān)電源磁性元件理論及設(shè)計M.北京航空航天大學(xué)出版社，20142 譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計教程M.清華大學(xué)出版社，20073 王守華等.模擬電子技術(shù).M.西安電子科技大學(xué)出版社，20114 董敏等.數(shù)字電子技術(shù).M.西安電子科技大學(xué)出版社,20105 Sanjaya Maniktala.精通開關(guān)電源設(shè)計（第二版）.M.人民郵電出版社，20136 王水平、賈靜等.開