单相AC-DC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。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。2一方案论证1．DC-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，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，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。33．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（）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5～6A，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R≈6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，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4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ICLI6562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2SG3525控制回路图3ICLI6562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导通，led灯亮，蜂鸣器报警。电路图如图4所示。5图4INA201保护电路取样电阻为0.024Ω，过流时。INA201的2端的输出电压,因此电位器的阻值调到.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,AC-DC电路效率.电压调整率的测试方法：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,为时的直流输出电压，为时的直流输出电压。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,其为时的直流输出电压，为时的直流输出电压。3．测试结果(1)AC-DC电路效率的测量(Us=24V、Io=2A、Uo＝36V)测量得到：Is=4.4AAC-DC变换器效率。6(2)负载调整率的测试(Us=24V、Uo＝36V)负载电流（A）0.22输出电压（V）36.036.0负载调整率。(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。7附件程序：#includereg52.h#includeintrins.h#includemath.h#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharfloatt;//countfloatnum[4];ucharjishu=0;floatto=0;floatPF=0;//countsbitrs=P3^5;sbitrw=P3^6;sbiten=P3^7;sbitclk=P1^0;sbitdout=P1^1;sbitcs=P1^2;uchari;ucharj;ucharline[4];ucharb[4];voiddelay(ucharms){while(ms--){{uchara,b;for(b=199;b0;b--)for(a=1;a0;a--);}}}voidwcmd(ucharcmd){rs=0;rw=0;en=0;P2=cmd;en=1;delay(5);en=0;}voidposition(ucharpos){8wcmd(pos|0x80);}voidwdata(uchardat){rs=1;rw=0;en=0;P2=dat;en=1;delay(5);en=0;}voidinit(){wcmd(0x38);wcmd(0x08);wcmd(0x01);wcmd(0x06);wcmd(0x0c);}voidconvert(){longnum=0;longresult;cs=1;clk=0;cs=0;for(j=0;j20;j++)_nop_();for(i=0;i8;i++){if(dout)num|=0x01;clk=1;clk=0;num=1;}cs=1;result=num*5000/510;line[0]=result/1000;line[1]=result%1000/100;line[2]=result%100/10;line[3]=result%10;}voiddisplay()9{uintmed;PF=cos(3.1415926*to/10000)*1000.0;PF=abs(PF);med=(int)PF;b[0]=med/1000%10;b[1]=med/100%10;b[2]=med/10%10;b[3]=med%10;position(0x05);wdata(0xe4);wdata(0x3d);for(i=0;i4;i++){if(i==1)wdata(0x2e);wdata(0x30|b[i]);}}voidmain(){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;i4;i++){if(i==1)wdata(0x2e);wdata(0x30|line[i]);}wdata('V');display();}}10voidISR_EX0(void)interrupt0{TH0=0;//重新初始化定时器TL0=0;TR0=1;//打开定时器0}voidISR_EX1(void)interrupt2{TR0=0;//关闭定时器0t=TH0*256+TL0;//计算时间差num[jishu]=t;jishu++;if(jishu==4){to=(num[0]+num[1]+num[2]+num[3])/4;jishu=0;}}