2013年全国大学生电子设计单相AC-DC变幻电路(A题)程序.doc

2013年全国大学生电子设计竞赛 2013年9月 目录 1系统方案 4 1.1辅佐电源模块的论证与选择 4 1.2稳压模块的论证与选择 4 1.3 过流保护模块的论证与选择 4 1.4 功率因数测量模块的论证与选择 4 2系统理论分析与计算 5 2.1 主控制的分析与计算 5 2.2提高效率的方法及实现方案 6 3电路的设计 8 3.1主电源电路与器件选择 8 3.2辅助电路的设计 8 3.3保护电路的设计 9 4测试方案与测试结果 9 4.1测试方案 9 4.2 测试条件与仪器 9 4.3 测试结果及分析 9 4.3.1测试分析与结论 9  摘 要 根据A题的题目要求，我们将交流220V电压通过变压器降到交流24V，后用整流桥及其滤波电容将其变为直流24V，运用555振荡器模块压升到36V左右，外加稳压与过流保护模块达V0.1V的要求。我们还利用功率因数的定义电流相位与电压相位的相量脚来求得。为此我们设计出功率因数测量电路来测AC-DC变换电路输入侧的功率因数，并且通过控制振荡器的频率来调整功率因数输出。经多次实验，我们通过实验数据与理论值的比较，能较好的得出，当Us=24V，Io在0.2A～2.0A范围内变化时，负载调整率SI ≤ 0.5%；当Io=2A，Us在20V～30V范围内变化时，电压调整率SU ≤ 0.5%；动作电流为2.5A±0.2A。  1系统方案 本系统主要由主电源模块、模块、模块组成，下面分别论证几个模块的选择。 1.1的论证与选择 方案一:由220V的交流电通过变压器得+5V的辅助电源，它是运用LM7805稳压管以及配套的滤波电容得到的。该辅助电源是供给555振荡器、稳压电路、过流保护电路的外加电源。但用在电源220V的交流电路中，+5V的直流电太小，电路中的电流过大，耗功也大，LM7805易烧。 方案二: 由220V的交流电通过变压器得+12V的辅助电源,它既便于用电压器变换，又相对+5V的消耗功率小。 根据以上分析，本设计采用方案二，以实现电路的简洁、安全的情况下达到题目要求。 1.2模块的论证与选择 方案一： 方案二： 根据以上分析，本设计采用方案二，以实现电路的简洁、安全。 1.3 的论证与选择 方案一： 方案二： 综合考虑采用方案二 1.4 功率因数测量模块的论证与选择 方案一：利用功率因数的定义电流相位与电压相位的相量脚来求得。如图A-1.4-3用光电耦合器从AC-DC变换电路输入侧采取与输入电流、电压相位相同的信号，再同过差动运算电路输出的电压，此电压便是功率因数。而此电路的前提条件是输入电压与电流的幅度相同。但实际电路中的幅度不同，最终会影响功率因数的数值。电路如图所示： 方案二：不同方案一中的是差动运算电路前加过零比较器。光电耦合器从AC-DC变换电路输入侧采取与输入电流、电压相位相同的信号，差动运算电路前加过零比较器，这样采集的交流电压变为直流电压，则不存在幅度大小问题。 综合考虑采用方案二 图A-1.4-3  2系统理论分析与计算 2.1 的分析 主控制流程图：A-2.1-1 图A-2.1-1 (1)负载调整率的计算S=,其中Uo1为Io=0.2A时的直流输出电压，Uo2为Io=2.0A时的直流输出电压; (2)电压调整率S=,其中Uo1为Us=20V时的直流输出电压，Uo2为Us=30V时的直流输出电压; (3)功率因数=，其中Po=UoIo，Ps=UsIs，是输入交流电流与电压方向的夹脚。 2.2提高效率的方法及实现方案 本电路影响系统效率的因素主要有开关损耗、LC屡破电路的损耗、变压器的损耗等。因此提高效率的方法有： 为降低开关损耗，在保证低输入电压不失真的基础上适当减少开关频率； 为降低器件导通损耗，可以合理选择导通压降小、通态电阻小的器件； 加粗导线，加大回路中的电流容量； 在满足波形要求的情况下尽量减小滤波器的电阻。 2.3 稳压控制方法 （1）稳压模块不可直接从+24V转换到+36V的支流A点采集电压u1，那么在采集点与比较器同相端加一个隔离光耦，通过比较器LM393再取反致于555振荡电路，用反馈电路来控制电压的稳定，且该电路取反用与非门。下图左半部分为稳压电路： 稳压与过流如图所示A-2.3-2 图A-2.3-2 555振荡器电路图A-2.3-3 图A-2.3-3 （2）控制原理 当稳压光耦输入端的电压Ui36V时，通过LM124比较器输出高电位,，接入555振荡器4脚，由于二极管不导通，4脚为低电平0，则555的2、6脚没达到2/3V就振荡器就进行翻转。则振荡器的输出电压占空比变小，输出电压平均值变小回到36V；同理相反Ui36V时，振荡器的输出电压占空比变大，输出电压平均值变大回到