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 3 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 3 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 1 1 2 3 送给运放 LM358 的 2 管脚 再将 LM358 的 1 10 2 20 3 150 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 4700 F 50V 和 1000 F 50V 30 50 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 ICL I6562 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 2 SG3525 控制回路 图 3 ICL I6562 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 4 INA201 保护电路 取样电阻为 0 024 过流时 INA201 的 2 端的输出电压 因此电位器的阻值调到 0 024 2 5 50 3 0 6 3 50 10 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 100 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 2 1 36 100 1 时的直流输出电压 为时的直流输出电压 20 2 30 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 2 1 1 100 为时的直流输出电压 为时的直流输出电压 1 0 2 2 2 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 4A 6 AC DC 变换器效率 36 2 24 4 4 100 68 18 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 0 0 5 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 0 1 36 100 0 28 0 5 7 附件 程序 include include include define uint unsigned int define uchar unsigned char float t count float num 4 uchar jishu 0 float to 0 float PF 0 count sbit rs P3 5 sbit rw P3 6 sbit en P3 7 sbit clk P1 0 sbit dout P1 1 sbit cs P1 2 uchar i uchar j uchar line 4 uchar b 4 void delay uchar ms while 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 8 void position uchar pos wcmd pos 0 x80 void wdata uchar dat rs 1 rw 0 en 0 P2 dat en 1 delay 5 en 0 void init wcmd 0 x38 wcmd 0 x08 wcmd 0 x01 wcmd 0 x06 wcmd 0 x0c void convert long 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 0 x01 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 9 void display uint med 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 0 x05 wdata 0 xe4 wdata 0 x3d for i 0 i 4 i if i 1 wdata 0 x2e wdata 0 x30 b i void main 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 0 x01 TH0 0 x00 TL0 0 x00 EA 1 while 1 convert position 0 x44 wdata U wdata L wdata 0 x3d for i 0 i 4 i if i 1 wdata 0 x2e wdata 0 x