单相AC-DC变换电路_电子设计竞赛A题.doc

2013年全国大学生电子设计竞赛 （题） 【组】 20年9月日摘要： 在电子产品盛行的时代，电源是很重要的一个部分，变换电路的用途越来越广泛。单相AC-DC变换电路是将交流电转换成直流电的电路，即通常所说的整流电路。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。本设计通过变压器产生24V交流电，经过整流、滤波、AC-DC变换等，最后输出实验所要求的电压，由单片机控制将检测得到的数据在液晶屏上显示出来。在实验过程中，还需设计功率因数测量电路，实现AC-DC变换电路输入侧功率因数的测量，设计的电路还应该有过流保护功能，最终实现实验要求。 关键词： AC-DC变换电路、功率因素校正、稳压电路、输出过流保护电路、LCD液晶显示 目录 1.设计任务与要求 2 1.1 设计任务（见附录1） 2 1.2 设计要求（见附录1） 2 1.3 题目分析 2 2.系统方案选择 2 2.1 整流滤波电路论证与比较 2 2.2 稳压电路的论证与比较 4 2.3 系统方案的论证 5 3.系统硬件电路设计 6 3.1单元电路设计及参数计算 6 3.1.1 整流滤波电路 6 3.1.2稳压电路 7 3.1.3输出过流保护电路 9 3.1.4功率因数检测电路 10 3.1.5显示电路 10 3.2 主电路设计 10 3.3 主电路板电路原理图（见附录3） 11 4.系统软件设计 11 4.1总体的程序设计流程 11 4.2程序清单（见附录4） 12 5.运行调试 12 5.1电路的测试方法 12 5.2 测试仪器 12 5.3 测试结果 12 6.结论 13 7.参考文献 13 附录1： 13 附录2：元器件清单： 14 附录3：完整的电路原理图 16 附录4:程序代码： 17 单相AC-DC变换电路（题） 【组】 图2-1 单相半波不控整流电路（阻性负载） 方案二：采用全波整流电路。二极管全波整流电路输出的仍然是一个方向不变的脉动电压，但脉动频率是半波整流的一倍。通过与半波整流相类似的计算，可以得到全波整流输出电压有效值Vo=0.9Vi。全波整流输出的直流脉动电压仍然不能满足电子电路对直流电源的要求，必须经过平滑（滤波）处理，如图2-2。与半波整流相同，平滑处理电路是在全波整流的输出端接一个电容。电容在脉动电压的两个峰值之间向负载放电，使输出电压得到相应的平滑。实际电路中，全波整流电路中二极管和电容的选择必须满足负载对电流的要求。 图2-2 单相全波不控整流电路 方案三：采用单相全桥整流电路。单相全桥整流电路中，整流二极管分两组轮流导通，对角二极管同时导通，同时截止；带中心抽头的全波整流电路中，两个二极管轮流导通。 如图2-3所示。 图2-3 单相全波桥式整流电路 二极管桥式整流电路输出的也是一个方向不变的脉动电压，但脉动频率是半波整流的一倍。 与半波整流输出电压有效值计算相类似，可以得到桥式整流输出电压有效值Vomrs=0.9Umrs。桥式整流电路的基本特点如下： （1）桥式整流输出的是一个直流脉动电压。 （2）桥式整流电路的交流利用率为100%。 （3）电容输出桥式整流电路，二极管承担的最大反向电压为2倍的交流峰值电压（电容输出时电压叠加）。 （4）桥式整流电路二极管的负载电流仅为半波整流的一半。 （5）实际电路中，桥式整流电路中二极管和电容的选择必须满足负载对电流的要求。 方案选择：按照题目所给要求来选择，,AC电源经桥式整流后，再接一个电容器滤波，得到直流电压。由上述分析可以得出，第三方案是最优选择。 2.2 稳压电路的论证与比较 方案一：Boost升压电路，如图2-4。Boost 型变换器也叫并联开关变换器或者升压式开关变换器。当要求较高输出电压的场合就经常使用升压式变换器电路。开关闭合时，能量从电源注入并存储于电感之中。由于二极管被反偏，负载电流完全由滤波电容通过释放电荷的形式提供。当开关断开后，由于电感中的电流不能突变，将产生左负右正极性的电势，这个电势与输入电源叠加并迫使二极管导通将电感储能馈送至输出端。开关闭合的时间越长，电感中的电流也就越大，磁储能也就越多，开关断开期间向输出端馈送的能量越多，因此输出端的电压也就越高。这样，调节占空比D就可以实现调节输出电压。同样，当输入电压发生变化时(变高或变低)也可以通过改变占空比达到稳定输出电压的目的。 输入电压Vin与输出电压Vo的关系：Vo/Vin=1/(1-D)。 图2-4 Boost升压电路 方案二： LM2577-ADJ是单片开关电源控制器，用于DC转换，输入电压范围是3.5V~40V，内有52kHz固定频率的振荡器，具有过流保护、低电压锁定和过滤保护功能。利用LM25