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单相AC-DC变换电路（A题） 【本科组】 摘要：本设计实现了单相AC-DC变换电路功能并具有过流保护和功率因数检测及补偿功能。设计由隔离变压器、整流滤波电路、过流保护电路、功率因数调整模块、DC-DC变换模块等部分构成。采用L6562实现功率因数检测与调整功能；采用L6599作为DC-DC变换器主电路，实现升压功能，并产生PWM脉冲信号；通过实际测试，作品的性能指标中，在输入交流电压Us=24V、输出直流电流Io=2A条件下，输出直流电压Uo=36V±0.1V。输出电压完全达到了要求；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% ，负载过流故障排除后自恢复功能，功率因数校正达到要求。 关键字：单相AC-DC变换；升压调整；功率因数调整 一、作品介绍 设计并了制作如图1所示的单相AC-DC变换电路，输出直流电压稳定在36 V，输出额定电流值为2 A。 图1 单相AC-DC变换电路原理框图 基本要求实现了 （1）在输入交流电压Us=24V、输出直流电流Io=2A条件下，输出直流电压Uo=36V ±0.1V。 （2）当Us=24V，Io在0.2A～2.0A范围内变化时，负载调整率SI ≤ 0.5%。 （3）当Io=2A，Us在20V～30V范围内变化时，电压调整率SU ≤ 0.5%。 （4）设计并制作功率因数测量电路，实现AC-DC变换电路输入侧功率因数的测量，测量误差绝对值不大于0.03。 （5）具有输出过流保护功能，动作电流为2.5A±0.2A。 发挥部分实现 （1）实现功率因数校正，在Us=24V，Io=2A，Uo=36V条件下，使AC-DC变换电路交流输入侧功率因数不低于0.98。 （2）在Us=24V，Io=2A，Uo=36V条件下，使AC-DC变换电路效率不低于95%。 （3）能够根据设定自动调整功率因数，功率因数调整范围不小于0.80~1.00，稳态误差绝对值不大于0.03。 二、方案设计及论证 1.1 系统总体设计方案 本设计由以下几大部分组成：隔离变压器、整流滤波电路、过流保护电路、功率因数调整模块、DC-DC变换模块等构成，如图2所示。 图2 系统组成框图 1.2 DC-DC主回路拓扑方案论证 方案一：PWM开关变压器一般有3种应用形式：降压变换器、升压变换器和逆向变换器。MAX724是一个完全的单芯片系统，内部集成了一个100khz振荡器、控制电路 和限流电路，以及一个5A的功率开关。因此只需很少的外围电路就可以构成一个DC/DC直流变换器。MAX724的外部输出反馈到ＦＢ， 其与参考源的误差经误差放大器放大后控制振荡器产生的波形的占空因数，从而控制开关的通断比，达到控制输出电压的目的。由于MAX724精巧设计，最大占空因数可达到约93%。 限流比较器则提供了限流保护功能，一旦电流超过阈值，开关将在600ns内断开。MAX724的电流阈值为6.5A；性能优异，使用方便的单片双极性ＰＷＭ开关模式DC/DC变换器。支持高达40V的输入电压，输出2.5V~35V可调，100kHz开关频率，良好的动态和暂态特性，8.5ｍＡ静态电流。 方案二：采用非隔离型BOOST升压电路，控制电路用专用集成芯片L6599，L6599是一个双端输出的控制器。它专为谐振半桥拓朴设计，提供两个50%的互补的占空比。高边开关和低边开关输出相位差180°,输出电压的调节用调制工作频率来得到。两个开关的开启关断之间有一个固定的死区时间，以确保软开关及高频下可靠工作。为使高边驱动采用高压电平位移的结构具有600V耐压，用高压MOSFET取代了外部快速二极管，IC设置的工作频率范围由外部元件调节。 根据设计参数要求，采用方案二。 1.3功率因数检测及补偿模块的选择方案 方案一：L6562是一种性能改进、成本经济、引脚兼容的功率因数校正（PFC）控制器。通过改变开关频率实现 PWM控制，L6562在线性乘法器中嵌入了THD优化电路，能有效地减小交流电压过零点时的输入电流的失真，使总谐波失真（THD）电流进一步减小；降低了待机时的能量消耗，输入电压范围：160 ～300Vac（即230V ± 30%），直流输出电压：450Vdc，额定输出功率：105W 方案二：以单片机为控制核心的功率因数测量电路，采用电流和电压信号的门限电压值的“过零检测”技术，实现信号功率因数的测量。该方法具有硬件电路结构简单、实用、测量精确度高、抗干扰能力强等特点，可用于各种电力应用场合的