单相ACDC变换电路电子设计竞赛A题

2013年全国大学生电子设计竞赛单相AC-DC变换电路（A题）【本科组】2013年9月7日制作人：MichaelBeechanandPanandWang摘要：在电子产品盛行的时代，电源是很重要的一个部分，变换电路的用途越来越广泛。单相AC-DC变换电路是将交流电转换成直流电的电路，即通常所说的整流电路。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。本设计通过变压器产生24V交流电，经过整流、滤波、AC-DC变换等，最后输出实验所要求的电压，由单片机控制将检测得到的数据在液晶屏上显示出来。在实验过程中，还需设计功率因数测量电路，实现AC-DC变换电路输入侧功率因数的测量，设计的电路还应该有过流保护功能，最终实现实验要求。关键词：AC-DC变换电路、功率因素校正、稳压电路、输出过流保护电路、LCD液晶显示目录1.设计任务与要求......................................................................................21.1设计任务（见附录1）...................................................................................................21.2设计要求（见附录1）...................................................................................................21.3题目分析..........................................................................................................................22.系统方案选择..........................................................................................22.1整流滤波电路论证与比较..............................................................................................22.2稳压电路的论证与比较....................................................................................................42.3系统方案的论证................................................................................................................53.系统硬件电路设计.................................................................................63.1单元电路设计及参数计算.................................................................................................63.1.1整流滤波电路.........................................................................................................63.1.2稳压电路..................................................................................................................73.1.3输出过流保护电路..................................................................................................93.1.4功率因数检测电路................................................................................................103.1.5显示电路................................................................................................................103.2主电路设计......................................................................................................................103.3主电路板电路原理图（见附录3）...............................................................................104.系统软件设计........................................................................................104.1总体的程序设计流程.......................................................................................................104.2程序清单（见附录4）....................................................................................................115.运行调试................................................................................................115.1电路的测试方法...............................................................................................................115.2测试仪器..........................................................................................................................125.3测试结果..........................................................................................................................126.结论........................................................................................................127.参考文献................................................................................................13附录1：....................................................................................................13附录2：元器件清单：...........................................................................13附录3：完整的电路原理图...................................................................15附录4:程序代码：..................................................................................17单相AC-DC变换电路（A题）【本科组】1.设计任务与要求1.1设计任务（见附录1）1.2设计要求（见附录1）1.3题目分析电源转换电路被广泛的应用在各种电子领域，单相AC-DC变换电路是将交流电转换成直流电的电路，即通常所说的整流电路。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。在这道题目中，基本要求是在输入交流电压、输出直流电流条件下，输出直流电压；并且同时完成功率因数测量电路，实现输入侧功率因数的测量。这类AC-DC变换器的优点是控制简单、效率高、功率容量大；主要问题在输入电流中存在大量的低次谐波、功率因数也较低、影响速度也慢，为了能达到实验要求，设计过程中同时采用了稳压电路、输出电流保护电路等。2.系统方案选择2.1整流滤波电路论证与比较题目要求经过AC-DC转换电路，将输入电压24V转变为36V，应该考虑升压方案。整流电路按交流输入相数大致可分为单相和多相整流，按电路形式可分为半波、全波与桥式整流等。方案一：采用单相半波整流电路是最简单的整流电路。整流电路如图2-1所示。利用整流管的单向导电特性，在交流电源的作用下，周期性导通和截止，实现变换，将交流转换成脉动直流。由于半波整流引起电流的畸变，电流中包含直流成分，会引起输入电源变压器饱和，因此在实际中采用较少。Disu=UsinωtsmuoR图2-1单相半波不控整流电路（阻性负载）方案二：采用全波整流电路。二极管全波整流电路输出的仍然是一个方向不变的脉动电压，但脉动频率是半波整流的一倍。通过与半波整流相类似的计算，可以得到全波整流输出电压有效值Vo=0.9Vi。全波整流输出的直流脉动电压仍然不能满足电子电路对直流电源的要求，必须经过平滑（滤波）处理，如图2-2。与半波整流相同，平滑处理电路是在全波整流的输出端接一个电容。电容在脉动电压的两个峰值之间向负载放电，使输出电压得到相应的平滑。实际电路中，全波整流电路中二极管和电容的选择必须满足负载对电流的要求。图2-2单相全波不控整流电路方案三：采用单相全桥整流电路。单相全桥整流电路中，整流二极管分两组轮流导通，对角二极管同时导通，同时截止；带中心抽头的全波整流电路中，两个二极管轮流导通。如图2-3所示。图2-3单相全波桥式整流电路二极管桥式整流电路输出的也是一个方向不变的脉动电压，但脉动频率是半波整流的一倍。与半波整流输出电压有效值计算相类似，可以得到桥式整流输出电压有效值Vomrs=0.9Umrs。桥式整流电路的基本特点如下：（1）桥式整流输出的是一个直流脉动电压。（2）桥式整流电路的交流利用率为100%。（3）电容输出桥式整流电路，二极管承担的最大反向电压为2倍的交流峰值电压（电容输出时电压叠加）。（4）桥式整流电路二极管的负载电流仅为半波整流的一半。（5）实际电路中，桥式整流电路中二极管和电容的选择必须满足负载对电流的要求。方案选择：按照题目所给要求来选择，,AC电源经桥式整流后，再接一个电容器滤波，得到直流电压。由上述分析可以得出，第三方案是最优选择。2.2稳压电路的论证与比较方案一：Boost升压电路，如图2-4。Boost型变换器也叫并联开关变换器或者升压式开关变换器。当要求较高输出电压的场合就经常