功率因数校正.doc

G题：高功率因数电源报告摘要：本系统以TI公司的PFC芯片UCC28019为核心，控制BOOST拓步结构实现DC-DC转换。其Vins脚和Isense脚实时监测输入电压、电流相位，实现功率因数矫正。并采用TI公司MSP430单片机控制N5110实现电压电流的显示功能。另外选用TLV5616高精度DA转化器实现步进可调输出。该系统还具有完善的保护措施和负载识别等功能。关键词：PFC BOOST DC-DC MSP430 N5110 TLV5616 负载识别一、方案论证与比较 方案一：采用专业PFC功率因数矫正芯片UCC28019，可简化电路的制作难度。官方电路图如下。该芯片通过检测电压和电流的相位以及反馈电压，并通过内部的误差放大器实时调节，输出近似正弦规律变化的PWM波形，实现功率因数矫正的目的。方案二：数字PFC矫正 采用数字芯片DSP、FPGA或者MCU等，检测整流后的电压和电感中的电流相位差，程序根据相位差的变化实时调节PWM波形，来调节电感中的电流相位，实现矫正的目的。方案比较：方案二虽然硬件简单，但编程难度太大，并且稳定性也难于驾驭。方案一相对来说制作简单，稳定性高，采用方案一。论证：一般的DC-DC变换器，交流电压经整流桥之后，大电容滤波，其直接结果是输入端电压信号畸变，不再是标准的正弦波，污染电网。UCC28019控制器，检测整流桥之后的电压，无大电容滤波，仅从这一点来看，至少输入端电压不会畸变，从而功率因数将得以提升。 2、 理论分析与计算1) UCC28019最大开启电压11V，使用7812稳定输出12V供电，可以满足要求。2）整流桥桥输入峰值电流=7.4A， =4.7448A PF=0.99 整流桥最大功耗：9.5W需要加散热片才能正常工作。3） 输入滤波电容计算： f=65khZ，Cin=2.2uF。耐压值大于50V.4） 电感值的计算： 电感值：116uH，实际取值为200uH.采用PQ磁芯绕制，0.38铜线8股并绕。5） 开关MOS管的选取： 加上开机冲刷效应，选取耐压值大于100V，15A的MOS管IRF540N。6）电流检测电阻： 实际选取R050贴片封装采样电阻。7）输入电压采样电阻： 实际去R1=750K、R2=130K8) 输出滤波电容： C=2200uF，实际取值6900uF,多个电容并联减小波纹电压。 三、系统整体框图 1）主电路原理图2） 辅助电源原理图3） 反馈网络电路图说明：UCC28019内部参考电压5.0V,，输出分压比为1:5，输出电压计算公式：题目中要求每次步进1V,则DA每次步进166.66mV即可满足要求。选用TI公司的TLV5616高精度DA实现mV级的步进。4）单片机电压电流采样电路详见系统主电路。4） 相位测量电路此处略去。 整体思路：电压信号电流信号为50Hz的正弦波，经LM393双比较器整形后给CD4070异或门运算，将相位差转换为占空比给单片机测量，或者说将PFC转换为占空比之后由单片机测量。4、 程序文件：详见本论文结尾。5、 测试方法与测试仪器输出不变给变输入电压在15V-19V之间波动，测试输出电压的变化。输入电压不变改变输出电压30V-36V之间步进，测试电源性能。输入电压18V时，改变负载电阻，测试电压电流相位，确定功率因数。同时测试电压值的设定功能，每次步进1V，并读取5110显示屏的数据。测试仪器：Tektronix示波器，UNI-T UT58E型万用表。6、 测试数据及结果分析设定值30.0V31.0V32.0V33.0V34.0V35.0V36.0V输出值30.1931.031.932.933.735.936.0显示值29.7630.5031.5032.533.435.736.1输入电压18V输出电流0A0.5A0.75A1.0A1.25A1.5A1.75A2.0A输出电压33.7633.7033.6033.4933.3833.2733.1533.05数据分析：1）测试电压数据，在电流0-2A波动时，有33.76V，下降到33.05V压降为720mV，题目中要求压降小于5%，及33.76*5%=1.68V，可知该系统可以满足要求。另外随负载的变化，电压会偏离设定值，是因为电感储和电容储能能的下降，理论上增加输出滤波电容可以缓解这种问题。 2）5110显示的电流值，750mA一下可以测得准，之后的测不准，误差较大。原因分析：输出端噪声电压波动Vpp=2V，经过采用电阻之后转换成电流文波，仪放之后输出的电压波动会更大，所以导致测试不准确。程序文件： /*/*2013微芯杯*/*/#include msp430xG46x.h#include nokia_5110.h#include math.h/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define DIN_1 P7OUT|= BIT0#define DIN_0 P7OUT&=BIT0#define SCLK_1 P7OUT|= BIT1#define SCLK_0 P7OUT&=BIT1#define CS_1 P7OUT|= BIT2#define CS_0 P7OUT&=BIT2#define FS_1 P7OUT|= BIT3#define FS_0 P7OUT&=BIT3#define delay() _NOP();_NOP()/uint i=0,count=0;uint count_v,count_i;uint lvbo,lvbo_count;uchar adc_flag;uint ADCTEMP_V,ADCTEMP_I;long ADC_V,ADC_I;long ADC_I_MIN; /电流最小值long ADC_I_MAX;double V_OUT,I_OUT; /电压、电流平均值long vol,cur; /电压、电流转换unsigned int v7,c7; /电压、电流显示数据double ave_i;uint ave_count;int value=0;uint xianshi; /功率因数显示计数/-/unsigned long int width33;/测脉宽数据unsigned int w=0;unsigned long int AverageTB0;unsigned int f3;uint power;/-函数声明-/void init_clk(void);void DA_TLV5616(uint datanum);void init_adc(void);void init_display(void);void display_v(double volt);void display_i(double curr);uint key(void);void init_timer_b(void);/定时器B捕获脉宽void process(void);/-/void main(void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; init_clk(); init_adc(); P7DIR|= 0x1f;/P7.4作为负载识别 P8DIR&=0x03;/0,1键盘输入 LCD_Init(); init_display(); init_timer_b(); _EINT(); while(1) DA_TLV5616(1706); /process(); ADC12CTL0 |= ADC12SC; / Start conversion delay(); if(adc_flag=1) adc_flag=0; ADC12CTL0 &= ADC12SC; / Close conversion ADC_V += ADCTEMP_V; count+; if(count=27) count=0; V_OUT = (double)(ADC_V / 28); /取平均值 ADC_V=0; V_OUT = V_OUT /4096; /ADC_V=ADC_V/4096 /V_OUT = V_OUT+0.02; /校正20mV V_OUT = V_OUT*37.5; /2.5基准，15倍 display_v(V_OUT); if(lvbo=0)/滤波存取最大、最小值 ADC_I_MIN = ADCTEMP_I; ADC_I_MAX = ADCTEMP_I; lvbo+; if(ADCTEMP_IADC_I_MAX) ADC_I_MAX = ADCTEMP_I; ADC_I += ADCTEMP_I; if(lvbo=27) lvbo=0; ADC_I = ADC_I - ADC_I_MAX; /去掉最大值 ADC_I = ADC_I - ADC_I_MIN; /去掉最小值 I_OUT = (double)(ADC_I / 26); /取平均值 ADC_I=0; I_OUT = I_OUT /4096; /ADC_I=ADC_I/4096 I_OUT = I_OUT*2.5; if(I_OUT=0.2) P7OUT|= BIT4;/负载识别，点亮LED else P7OUT&=BIT4; display_i(I_OUT); I_OUT=0; /LCD显示初始化/void init_display(void) display_string(0,0,Vol:); display_string(12,0, V); display_string(0,2,Cur:); display_string(12,2,mA); display_string(0,4,PFC:); display_string(10,4, %);/void init_clk(void) uchar i; FLL_CTL1&=XT2OFF; /turn on XT2 do IFG1 &= OFIFG; /Clear sign oscillation for(i=0;i100;i+) _NOP(); /wait while(IFG1 & OFIFG) !=0); FLL_CTL1|=SELM1+SELS; /MCLK=SMCLK=8MHz,SELM1=0X10 /*ACLK TEST*/ /P1SEL|= BIT5; /P1DIR|= BIT5;/DA转换函数/void DA_TLV5616(uint datanum) uint data=0; uchar i=0; SCLK_1; CS_0; FS_0 ; /片选有效 for(i=0;i16;i+) /写入16为Bit的控制位和数据 data=datanum& 0x8000; if(data) DIN_1; else DIN_0; SCLK_0; delay(); datanum=1; SCLK_1; delay(); SCLK_1; CS_1; FS_1; /片选无效 /AD转换函数/void init_adc(void) uint i; P6SEL |= 0x03; P6DIR &= 0X03; / Enable A/D channel inputs(1,2,) ADC12CTL0=ADC12ON+MSC+SHT0_8+REFON+REF2_5V;/ Turn on ADC12, set sampling time / Vr+=VREF+ / Turn on ref ref=2.5v delay(); ADC12CTL1 = SHP + CONSEQ_1; / Use sampling timer, single sequ ADC12MCTL0 |= INCH_0 +SREF_1; / ref+=AVcc, channel = A0 ADC12MCTL1 = INCH_1 +SREF_1+ EOS; / ref+=AVcc, channel = A1 end seq for ( i=0; i0x300; i+); / Delay for reference start-up ADC12IE = 0x03; / Enable ADC12IFG.0,1,2 delay(); ADC12CTL0 |= ENC; / Enable conversions#pragma vector=ADC12_VECTOR_interrupt void ADC12ISR(void) adc_flag = 1; ADCTEMP_V = ADC12MEM0; ADCTEMP_I = ADC12MEM1; _NOP();/显示函数/void display_v(double volt) count_v+; if(count_v=256) count_v=0; vol=(long int)(volt*100000); v6=(unsigned int)(vol/1000000); v5=(unsigned int)(vol%1000000/100000); v4=(unsigned int)(vol%100000/10000); v3=(unsigned int)(vol%10000/1000); v2=(unsigned int)(vol%1000/100); v1=(unsigned int)(vol%100/10); v0=(unsigned int)(vol%10); display_char(11,0,v0+0x30); display_char(10,0,v1+0x30); display_char( 9,0,v2+0x30); display_char( 8,0,v3+0x30); display_char( 7,0,v4+0x30); display_char( 6,0, 0-2+0x30);/小数点 display_char( 5,0,v5+0x30); display_char( 4,0,v6+0x30); volt=0;void display_i(double curr) count_i+; if(count_i=128) count_i=0; ave_count+; ave_i += curr; if(ave_count=5) ave_count=0; cur=(long int)(ave_i*200000); c6=(unsigned int)(cur/1000000); c5=(unsigned int)(cur%1000000/100000); c4=(unsigned int)(cur%100000/10000); c3=(unsigned int)(cur%10000/1000); c2=(unsigned int)(cur%1000/100); c1=(unsigned int)(cur%100/10); c0=(unsigned int)(cur%10); display_char(11,2,c0+0x30); display_char(10,2,c1+0x30); display_char( 9,2,c2+0x30); display_char( 8,2, 0-2+0x30);/小数点 display_char( 7,2,c3+0x30); display_char( 6,2,c4+0x30); display_char( 5,2,c5+0x30); display_char( 4,2,c6+0x30); ave_i=0; /uint key(void) uint key; if(P8IN&0X03) delay(); delay(); if(P8IN&0X03) if(P8IN&BIT0) while(P8IN&BIT0)!=0); /wait for key up key=1; else if(P8IN&BIT1) while(P8IN&BIT1)!=0); /wait for key up key=2; return key;void bujin(void) uint keyvalue; /int value; keyvalue=key(); switch(keyvalue) case 1:value -= 283;break; case 2:value += 283;break; default :break; if(value1706) value=1706; /*校正*/ if(value275|value555|value840|value1125|value1410|value1690|value1710) value=1698; /*/ DA_TLV5616(value);void init_timer_b(void) P2SEL|= BIT1; P2DIR&=BIT1; TBCCTL0&=(CCIS1+CCIS0); / 捕获源为P2.1,即CCI0A(也是CCI0B) TBCCTL0|=CM_2+SCS