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单相AC-DC变换电路（A题） 参赛学生：刘焕强 学校、学院：济南大学自动化与电气工程学院 赛前指导教师：任宏伟 2013年9月7日 单相AC-DC变换电路（A题） 摘要 本设计将220V交流电经过自耦变压器、隔离变压器降压出来的交流电经过整流桥变成不稳定的直流电，经过Bosst升压电路、PFC控制电路将不稳定的直流电变成稳定输出的直流电。PFC控制部分采用有源PFC功率因数校正芯片UCC28019实现高输入功率因数和低输入电流谐波含量。功率因数测量电路采用相位差测量法。过流保护功能采用电阻采样电压与基准电压进行比较，准确的对主电路的电流进行检测与判断，实施对电路的过流保护。 关键字: 整流桥，Bosst升压，PFC，UCC28019，过流保护，过压保护 目录 摘要 1 目录 1 1 系统整体设计与方案论证 - 1 - 1.1系统硬件总体设计 - 1 - 1.2主要模块方案论证 - 1 - 1.2.1功率因数校正方案论证 - 1 - 1.2.2功率因数测量电路方案论证 - 2 - 1.2.3输出过流保护电路方案论证 - 2 - 2 理论分析与计算 - 2 - 2.1 恒压模块电路设计 - 2 - 3 电路与程序设计 - 2 - 3.1电路整体设计 - 2 - 3.2过压、欠压保护电路设计 - 2 - 4 系统测试 - 2 - 4.1 输出直流电压Uo测试 - 3 - 4.2 负载调整率测试 - 3 - 4.3 电压调整率测试 - 3 - 4.4 功率因数测量电路性能测试 - 3 - 4.5 过流保护电路测试 - 3 - 4.6 功率因数校正测试 - 3 - 4.7 AC-DC变换电路效率测试 - 4 - 4.8 功率因数调整测试 - 4 - 5 结束语 - 4 - 参考文献 - 4 - 附录 - 5 - 附录1 系统部分电路图 - 5 - 附录2 程序清单 - 5 - 1 系统整体设计与方案论证 1.1系统硬件总体设计 经过对题目的仔细分析与讨论，我们制定了如下整体硬件设计。首先系统主要包括整流、功率因数校正、Boost 升压等几个部分。自藕变压器和隔离变压器将220V交流电压降低到符合整流电路所需要的交流电压，经整流电路后得到直流电。将得到的直流电送入 Boost 升压电路进行升压，Boost 电路的输出电压极性与输入电压极性相同，但总高于输入电压，输入电流连续、输出电压与负载电流无关，输出阻抗非常低，通过控制开关管通断的占空比来控制输出电压。PFC 控制部分采用有源 PFC功率因数校正可以实现高输入功率因数和低输入电流谐波含量，并且开关管的电压应力和电流应力都比较小。 电压适应范围宽，功率因数高。采用MSP430制作功率因数测量电路，它具有处理能力强，运行速度快、资源丰富、开发方便等优点，我们团队对其使用也非常熟悉。系统整体设计如图 1 所示。 图1 系统整体设计图 1.2主要模块方案论证 1.2.1功率因数校正方案论证 方案一：采用DSP+BOOST实现，通过DSP编程控制完成系统的功率因数校正。 优点：通过软件调整控制参数，使系统调试方便，减少了元器件的数量，减少材料和装配的成本，而且可减小干扰。 缺点：软件编程困难，采样算法复杂，计算量大，难以达到很高的采样频率，此外还要注意控制器和主电路的隔离和驱动。 方案二：采用BOOST+UC3854实现。 优点：使用专用IC芯片，简单直接，无需软件编程 。 缺点：电路调试麻烦，易受噪声干扰，需要调节的器件较多。 方案三：采用BOOST+UCC28019实现 优点：相对于方案二步骤少，简单易行，只需调节放大器的补偿网络。 综上我们采用方案三。 1.2.2功率因数测量电路方案论证 方案一：使用专用单向交流电能计量芯片ATT7053。 优点：用芯片可靠性高，速度快。 缺点：此芯片编程相对复杂，短时间内难以成功调试 方案二：电流电压互感器分别对电压与电流采样，得到两路正弦波，经过过零比较整形成方波后用异或芯片将两路信号做异或处理后得到一路方波，根据其占空比，结合软件编程得到其相位差的大小。 优点：原理简单易懂，硬件相对简单，可靠性较高。 缺点：采样及处理过程中误差可能较大，但在题目要求范围内。 综上所述，我们采用方案二。 1.2.3输出过流保护电路方案论证 方案一：采用PTC自恢复保险构成过流保护及自恢复电路。 优点：无需外围电路，只要串入电路中一个PTC即可。 缺点：PTC的灵敏性不够，过流保护不够及时，准确。 方案二：通过LM393比较器，采集电路的电压放大与基准电压进行比较，控制继电器通断来进行保护与自恢复。 优点：电路灵敏