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 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，釆用液晶显示器 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， 测量与显示等儿个模块构成。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

2、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。-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

3、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 波形來控制 开关管的通断，并设计合理的主电路上的电感电容值來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

4、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

5、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 24WC 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g在输出回路上设计一个电压反馈电路，将反馈电压 12 +心（心=10 Q,R2= 20 Q,R3= 150送给运放 LM358 的

6、2管脚，再将 LM358 的输出端接到 SG3525 的 2端，从而控制开关管 IRFP260 开关管的通断來保证电压稳定。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 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,实际电路中釆用 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

7、整个电路输入的功率约为 90Wo 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 RM6 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T= C x R=30ms50ms,所以, 滤波电容 C 选用 4700pF/50V和 1000pF/50V并联。2.控制回路与控制程序控制回路包括两部分：反馈电圧通过控制 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 ICL16562 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 SG352

8、5控制回路图3 ICL 16562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。图4 INA201保护电路取样电阻为 0.024 Q ,过流时。INA201 的 2 端的输出电压0.6U = 0.024 x 2.5 x 50V = 3V,因此电位器的阻值调到*=50U0KQ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-ED

9、U 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Uoxlo耳=uVT x100%S S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UO2-UolS = x 100%_压调整率。定义电压调整率，。1 为s=2卩时的直流输出电压,为乞01/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

10、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01流输出电压，。2为lo= 2A时的直流输出电压。3测试结果(l)AC-DC 电路效率的测量(Us=24V、Io=2A、Uo = 36V) 测量得到：Is=4.4AX 100%，其”。1为时的直 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附件程序：#include # include# include#define uuit unsigned mt#define uchar unsigned char float

11、t; /count float num4;uchaijishu=0;float to=0;float PF=0; /count sbit is=P3A5;sbit rw=P3 人 6;sbit en=P3A7;sbit clk=PlA0;sbit dout=PlAl;sbit cs=PlA2;uchar i;uchai j;uchar line4;uchar b4;void delav(uchar ms)while(ms)uchar a,b;for(b=199;b0;b-)fbr(a=l;a0;a);void wcmd(uchar cmd)AC-DC 变换器效率36x224 x 4.4x 10

12、0% = 68.18%变压器输出电压（V）2030直流稳压电路输出电压（V）36.036.1负载调整率 S/=OVO.5%。（3） 电压调整率的测试 （Io=2A）0.1x 100% = 0.28% 0.5%S =电压调整率36is=O; rw=O; en=O; P2=cmd; en=l; delay(5); en=O;void position(uchar pos) wcmd(pos|0 x80);void wdata(uchar dat)is=l; rw=0; en=0; P2=dat; en=l; delay(5); en=0;void uut()wcmd(0 x38); wcmd(0

13、x08); wcmd(OxOl); wcmd(0 x06); wcmd(OxOc);void convenQlong num=0;long result;cs=l;clk=O;cs=O;forU=0；j20;j-H-)_nop_Q；foi(i=0;i8;i-H-)if(dout) num|=0 x01;clk=l;clk=O; num=l;cs=l;iesult=num*5000/510;line0=result/1000;lmel=result% 1000/100;line2=result%100/10;lme3=result% 10;void displavQunit med;PF=cos

14、(3.1415926*to/10000)*1000.0; PF=abs(PF);med=(iiit)PF; b0=med/1000%10;bl=med/100%10; b2=med/10%10;b3=med%10;position(0 x05);wdata(0 xe4);wdata(0 x3d);foi(i=0;i4;i-H-)if(i=l) wdata(0 x2e);wdata(0 x30|bi);void mainO外部中断 0 开边沿触发外部中断 1 开边沿触发TR0=0;TMOD |= 0 x01;TH0=0 x00;TL0=0 x00;EA=1;while(l) convei1(); position(0 x44);wdata(U);wdata(TJ);wdata(0 x3d); foi(i=0;i4;i+)if(i=l) wdata(0 x2e);wdata(0 x30|liiiei);init();EX0=l;IT0=