单相ACDC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勺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

2、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。一 方案论证1. DC-D（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

3、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

4、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 STPS2015Q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；

5、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。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 ()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

6、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56A，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 R6欧姆，滤波电路的基波周期10ms，按一般要求，滤波电路的时

7、间常数二 二，所以，滤波电容 C选用 4700 卩 F/50V和 1000 卩 F/50V并联。2. 控制回路与控制程序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

8、极管s8050 导通，led灯亮，蜂鸣器报警。电路图如图4所示。图4 INA201保护电路取样电阻为0.024Q，过流时。INA201的2端的输出电压，因此电位器的阻值调到一四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

9、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。（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。电压调整率的测试（Io=

10、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 一。附件程序：#in elude <reg52.h>#i nelude<i ntri ns.h>#in clude<math.h>#defi ne uint un sig ned int#defi ne uehar un sig ned charfloat t; /countfloat num4;uehar jishu=0;float to=0;float PF=0; /countsbit rs=P3A5;sbit rw=P3A6;sbit en=P3A7;sbit cl

11、k=P1A0;sbit dout=P1A1;sbit cs=P1A2;uchar i;uchar j;uchar line4;uchar b4;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;void position(uchar pos)wcmd(pos|0x80);void wdata(uchar dat)rs=1;rw=0;en=0;P2=dat;en=

12、1;delay(5);en=0;void init()wcmd(0x38);wcmd(0x08);wcmd(0x01);wcmd(0x06);wcmd(0x0c);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|=0x01;clk=1;clk=0;num<<=1;cs=1;result=num*5000/510;line0=result/1000;line1=result%1000/100;line2=resul

13、t%100/10;line3=result%10;void display()uint med;PF=cos(3.1415926*to/10000)*1000.0;PF=abs(PF);med=(int)PF;b0=med/1000%10;b1=med/100%10;b2=med/10%10;b3=med%10;position(0x05);wdata(0xe4);wdata(0x3d);for(i=0;i<4;i+)if(i=1)wdata(0x2e);wdata(0x30|bi);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 |= 0x01;TH0=0x00;TL0=0x00;EA=1;while(1)convert(); position(0x44); wdata('U'); wdata('L'); wdata(0x3d);for(i=0;i<4;i+)if(i=1) wdata(0x2e);wdata(0x30|linei);wdata('V