單相ACDC變換電路設(shè)計(jì)

1、題目：?jiǎn)蜗郃C-DC變換電路（A題）摘 要本設(shè)計(jì)綜合考慮題目基本部分和發(fā)揮部分的指標(biāo)要求，系統(tǒng)在AC-DC變換電路中采用基于SG3525的推挽式升壓對(duì)交流信號(hào)經(jīng)過(guò)整流濾波后的直流信號(hào)進(jìn)行升壓變換；由AD芯片TLC549和單片機(jī)STC89C51組成系統(tǒng)測(cè)控與顯示單元，采用液晶顯示器1602作為系統(tǒng)的狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示屏。該系統(tǒng)由AC-DC變換電路，功率因數(shù)提高電路，測(cè)量與顯示等幾個(gè)模塊構(gòu)成。通過(guò)實(shí)際測(cè)試，該系統(tǒng)在指定條件下能夠使輸出直流電壓穩(wěn)定在36V，輸出電流額定值為2A；負(fù)載調(diào)整率，電壓調(diào)整率，功率因數(shù)的測(cè)量與誤差控制，輸出過(guò)流保護(hù)功能等基本要求均得以實(shí)現(xiàn)；功率因數(shù)的校正達(dá)到了發(fā)揮部分的要求

2、。另外，系統(tǒng)還增加了實(shí)時(shí)輸出電壓電流數(shù)據(jù)顯示等實(shí)用功能。一 方案論證1DC-DC升壓方式的比較與選擇在AC-DC變換電路中，先對(duì)交流電壓進(jìn)行整流濾波得到直流電壓，在對(duì)其進(jìn)行DC-DC升壓變換。因此首先選擇DC-DC升壓方式。方案一：全橋加DC-DC變換方式。脈沖變壓器原邊是兩個(gè)對(duì)稱(chēng)線圈，兩只開(kāi)關(guān)管接成對(duì)稱(chēng)關(guān)系，輪流通斷。推挽式電源電壓利用率高、輸出功率大、能實(shí)現(xiàn)較大的升壓比、兩管基極均為低電平、輸入輸出隔離，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。主要缺點(diǎn)：變壓器繞組利用率低、對(duì)開(kāi)關(guān)管的耐壓要求比較高（至少是電源電壓的兩倍）。方案二：全橋加濾波器變換方式。由四只相同的開(kāi)關(guān)管接成電橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器原邊。與推挽結(jié)構(gòu)相比

3、，原邊繞組減少了一半，開(kāi)關(guān)管耐壓降低一半。主要缺點(diǎn)：使用的開(kāi)關(guān)管數(shù)量多，且要求參數(shù)一致性好，驅(qū)動(dòng)電路較復(fù)雜。方案三： 全橋和PFC以及DC-DC變換方式。利用控制芯片輸出的PWM波形來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的通斷，并設(shè)計(jì)合理的主電路上的電感電容值來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的通斷時(shí)間，從而達(dá)到升壓的目的。這種電路使用的外部原件最少、調(diào)試容易、成本低、效率高。缺點(diǎn)：負(fù)載側(cè)電流波動(dòng)大。綜合考慮，我們選擇方案一。2功率因數(shù)調(diào)整方案的比較與選擇方案一：有源功率因數(shù)校正電路。其得到的功率因數(shù)較高，可接近于1。而且有源功率因數(shù)校正電路工作于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，體積小，重量輕，效率高。方案二：無(wú)源有源功率因數(shù)校正電路。其得到的功率因數(shù)較低，

4、只可使功率因數(shù)提高到0.7-0.8，因此只適用于小功率電源。綜合考慮，我們選擇方案一。二 理論分析與計(jì)算在理論分析中，綜合考慮題目的基本要求和發(fā)揮部分，本設(shè)計(jì)著重考慮效率的提高，功率因素?cái)?shù)的調(diào)整以及穩(wěn)壓控制。1提高效率的方法使用高效率的MOSFET管IRF540代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雙極型晶體管，因?yàn)樗拈_(kāi)關(guān)速度高、導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間短，開(kāi)關(guān)損耗小，并且是電壓控制型元件，驅(qū)動(dòng)功率小，可以用專(zhuān)用集成電路直接驅(qū)動(dòng)，不存在二次擊穿。使用高速整流雙肖特二極管STPS20150，它導(dǎo)通電壓小，損耗小。2功率因數(shù)調(diào)整的方法 提高功率因數(shù)有兩個(gè)途徑：使輸入電壓，電流同相；使輸入電流正弦化。本設(shè)計(jì)利用第二種方法。使用臨界模式

5、的功率因數(shù)校正芯片ICLL6562，自制耦合變壓器，75639開(kāi)關(guān)管，雙肖特二極管STPS20150組成一個(gè)功率因素校正電路，并供給L6562一個(gè)13.5VDC電壓。13.5VDC電源單獨(dú)設(shè)計(jì)了一個(gè)電路。先由24VAC電壓經(jīng)變壓器變換，再用四只1N4007組成的整流橋進(jìn)行整流，然后用LM317對(duì)其穩(wěn)壓得到。3穩(wěn)壓控制方法在輸出回路上設(shè)計(jì)一個(gè)電壓反饋電路，將反饋電壓V=R1R1+R2+R3Uo（R1=10,R2=20,R3=150）送給運(yùn)放LM358的2管腳，再將LM358的輸出端接到SG3525的2端，從而控制開(kāi)關(guān)管IRFP260開(kāi)關(guān)管的通斷來(lái)保證電壓穩(wěn)定。三 電路與程序設(shè)計(jì)1主電路與器件選擇

6、主電路主要部分為:整流濾波電路，推挽升壓電路，濾波電路，其連接方式如圖1所示。圖1 主回路電路圖整流橋的選擇：隔離變壓器輸出的交流電壓為24V，整流橋的電流最大可達(dá)56A，為了得到較好的直流量，用全橋整流，整流橋的耐壓應(yīng)為50V以上，正向電流大于等于8A，實(shí)際電路中采用35A/1000V整流橋。濾波電容器選擇：要求輸出的最大電流為2A，最大電壓為36V，所以輸出最大功率約為72W，按照電路效率為80計(jì)算?？傻谜麄€(gè)電路輸入的功率約為90W。電路自身功率達(dá)18W，根據(jù)P=U2/R,可求得整流濾波電路的等效負(fù)載電阻R6歐姆，濾波電路的基波周期10ms，按一般要求，濾波電路的時(shí)間常數(shù)C×R3

7、0ms50ms，所以，濾波電容C選用4700µF/50V和1000µF/50V并聯(lián)。2控制回路與控制程序控制回路包括兩部分：反饋電壓通過(guò)控制SG3525的輸出PWM波形的占空比改變開(kāi)關(guān)管的通斷時(shí)間，進(jìn)而改變輸出電壓；反饋電壓通過(guò)控制ICL I6562的輸出PWM波形的占空比改變開(kāi)關(guān)管的通斷時(shí)間，進(jìn)而改變功率因數(shù)?？刂齐娐啡鐖D3，圖4所示。圖2 SG3525控制回路圖3 ICL I6562控制回路3保護(hù)電路主要由INA201構(gòu)成的輸出過(guò)流保護(hù)電路，并帶有報(bào)警作用。當(dāng)輸出電流過(guò)大時(shí)，INA201的6端輸出高電平，從而使SG3525端為高電平，芯片停止工作。同時(shí)，三極管s8050

8、導(dǎo)通，led燈亮，蜂鳴器報(bào)警。電路圖如圖4所示。圖4 INA201保護(hù)電路取樣電阻為0.024，過(guò)流時(shí)。INA201的2端的輸出電壓U=0.024×2.5×50V=3V,因此電位器的阻值調(diào)到R=0.63×50K=10K.四 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果1測(cè)試儀器調(diào)壓器，控制變壓器，8793F數(shù)字參數(shù)測(cè)量?jī)x，萬(wàn)用表，DS1062E-EDU數(shù)字示波器。2測(cè)試方法AC-DC電路效率的測(cè)試方法：在隔離變壓器輸出為24V, 直流輸出電壓為36V、輸出電流為2A的條件下，測(cè)得隔離變壓器輸出電流Is,AC-DC電路效率=Uo×IoUs×Is×100%.電壓調(diào)

9、整率的測(cè)試方法：在輸出電流為2A的條件下，調(diào)整變壓器使隔離變壓器的輸出在20V到30V之間取幾個(gè)值然后測(cè)量相應(yīng)的直流輸出電壓值，根據(jù)公式可求得電壓調(diào)整率。定義電壓調(diào)整率SU=Uo2-Uo136×100%,Uo1為Us=20V時(shí)的直流輸出電壓，Uo2為Us=30V時(shí)的直流輸出電壓。負(fù)載調(diào)整率的測(cè)試方法：在隔離變壓器輸出為24V、輸出直流電壓36V，分別測(cè)量負(fù)載電流為0.2A和2A所對(duì)應(yīng)的輸出電壓值。負(fù)載調(diào)整率就是輸出電壓的相對(duì)變化量與標(biāo)準(zhǔn)電壓的比值,定義負(fù)載調(diào)整率SI=Uo2-Uo1Uo1×100%,其Uo1為Io=0.2A時(shí)的直流輸出電壓，Uo2為Io=2A時(shí)的直流輸出電壓

10、。3測(cè)試結(jié)果(1)AC-DC電路效率的測(cè)量(Us=24V、Io=2A、Uo36V)測(cè)量得到：Is=4.4A AC-DC變換器效率 =36×224×4.4×100%=68.18%。(2) 負(fù)載調(diào)整率的測(cè)試(Us=24V、Uo36V)負(fù)載電流（A）0.22輸出電壓（V）36.036.0負(fù)載調(diào)整率SI=0<0.5%。(3) 電壓調(diào)整率的測(cè)試(IO=2A)變壓器輸出電壓（V）2030直流穩(wěn)壓電路輸出電壓（V）36.036.1電壓調(diào)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=(

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