单相AC-DC有源功率因素矫正变换电路选读.docx

PAGE  单相AC-DC变换电路 作 者：电控学院：符祝辉 通信学院：姚扬帆 通信学院：杨 茜 日 期：2016年06月25日 单相AC-DC变换电路 摘要 本设计以TI公司的MSP430F169单片机为控制器，采用了TI公司的UCC28019芯片，搭建了一个单相AC-DC变换电路。本系统由变压器模块、AC-DC变换电路、功率因数检测电路、功率因数调整电路和电流检测电路等组成。在实验装置的电源电路中，对电源的输出直流电压、直流电流和电源的功率因数进行了测量，并通过键盘对电源的输出直流电压进行设定。实验结果表明，当电源的进线交流电压和负载电流，在比较宽的范围内变化的时候，电源的输出电压能够保持较高的稳定性；具有过流和过压的保护功能。利用UCC28019功率因数校正功能，将电源装置的功率因数提高到了0.98以上，并能够将功率因数在0.8-1.0之间调整，达到了预期的目标。 关键词：MSP430F169；UCC28019；AC-DC变换；功率因数  2 方案设计与论证 2.1 总方案设计 设计并制作如图所示的单相AC-DC变换电路。输出直流电压稳定在36V，输出电流额定值为2A。 220V/220V 隔离变压器 自耦变压器 全桥 整流电路 电阻性负载 电容 滤波电路 开关管 采集电流电压 功率因数 调整电路 功率因数 控制电路 采样输出 电流电压 计算功率因数电路 键盘 MSP430F169 1602显示 图2-1 系统总框图 2.2 功能描述 2.2.1基本要求 （1）在输入交流电压Us=24V、输出直流电流Io=2A条件下，使输出直流电压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。 2.2.2 发挥部分 （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。 3 硬件方案设计与论证 3.1 PFC控制方案的论证和选择 一般功率因数校正的控制方法有模拟控制方法和数字控制方法，为此设想了以下几种控制方案： 方案1：采用DSP+BOOST实现：采用纯软件调整控制参数，比如，PWM波的占空比，一般的使用数字控制可以减少元器件的数量，减少材料和装配的成本，而且可减小干扰，但限于本组知识和能力的限制，不选用该方案。 方案2：采用BOOST+UC3854实现：UC3854是一种工作于平均电流的的升压型有源功率因数校正电路。它的峰值开关电流近似等于输入电流。是目前较为广泛使用的APFC电路。该方案所实现的PFC电路，要调节UC3854的电压放大器，电流放大器和乘法器。 方案3：采用BOOST+UCC28019实现：UCC28019是TI公司新近推出的一种功率因数校正芯片，该芯片采用平均电流模式对功率因数进行校正，使输入电流的跟踪误差产生的畸变小于1％，实现了接近于l的功率因数。UCC28019组成的PFC电路,只调节一个放大器的补偿网络即可。 比较三种方案，发现方案三，设计步骤减少了好几步，相对来说简单易行，而且实验结果证明该方案完全达到题目的要求。综上所述，选用方案三。 3.2 整流变换电路 整流电路是能够将交流电能转换为直流电能的变换器。 方案1：单相半波整流电路 利用二极管的单向导电性，交流的正半周内，二极管导通，在负载上输出正 向脉动直流电压电流，交流的负半周内，二极管截止，负载上没有电压输出，电路如图3.3所示。 图3.3 单相半波整流电路 方案2：单相桥式全波整流电路 桥式整流电路是以四个整流二极管接成电桥形式，利用二极管的电流导通作用，在交流e2的正半周内，D1、D3导通，D2、D4截止，负载RL上得到上正下负的输出电压，在负半周内，正好相反，流过RL的电流方向与正半周一致，因此整个周期内负载上都有方向不变的脉动直流电压电流，电路如图3.4所示。 图3.4 单相桥式全波整流电路 方案3：单相PWM整流电路 该电路同样利用了二极管单向导电性，电容电感滤波，最后负载上输出值流，电路如图3.5所示。 图3.5 单相PWM整流电路 方案选择：在单项半波整流电路中，变压器中有直流分量流过，降低了变压器效率，整流电