2013年全国大学生电子设计竞赛A题报告.docx

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2013年全国大学生电子设计竞赛

单相AC-DC变换电路（A题）

【本科组】

2013年9月6日

摘要

结合大赛题目要求（见附录二），并且本着低成本高性能、结构简单、控制方便、直观显示等的设计思想，利用集成电路芯片ＴＬ４９４作为主控制芯片，通过引入输出反馈使该芯片进行自动调节输出电压，进而得到所需要的电压电流范围。此外在整流桥后加入功率因数矫正电路以完善电源的功能与性能，并通过在前级交流输入侧利用电压、电流互感器，设计出交流输入侧功率因数测量电路由单片机控制液晶显示屏进行显示，成功的设计出了一个符合大赛相关要求的高性能单相ＡＣ－ＤＣ变换电路。

关键字：单片机TL494功率因数

目录

TOC\o1-3\h\z\u1系统方案论证 1

1.1控制方法的方案选择 1

1.2AC-DC主回路拓扑的方案选择 1

1.3控制方法方案的论证与选择 2

2系统理论分析与计算 2

2.1稳压稳流原理的分析 3

2.2TL494振荡频率的计算 3

3电路与程序设计 3

3.1电路的设计 3

3.1.1系统总体框图 3

3.1.2主回路原理图及器件选择分析 4

3.1.3电源 6

3.2程序的设计 6

3.2.1程序功能描述与设计思路 6

3.2.2程序流程图 6

4测试方案与测试结果 8

4.1测试方案 8

4.2测试条件与仪器 8

4.3测试结果及分析 8

4.3.1测试结果(数据) 8

4.3.2测试分析与结论 8

附录1：题目要求 9

附录2：TL494内部电路图………11

附录3：源程序……………………13

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单相AC-DC变换电路（A题）

【本科组】

1系统方案论证

1.1控制方法的方案选择

方案一：采用单片机产生PWM波,控制开关的导通与截止。根据A/D后的反馈电压程控改变占空比，使输出电压稳定在设定值。负载电流在康铜丝上的取样经A/D后输入单片机，当该电压达到一定值时关闭开关管，形成过流保护。该方案主要由软件实现，控制算法比较复杂，速度慢，输出电压稳定性不好，若想实现自动恢复，实现起来比较复杂。

方案二：采用恒频脉宽调制控制器TL494，这个芯片可推挽或单端输出，工作频率为1--300KHz，输出电压可达40V,内有5V的电压基准，死区时间可以调整，输出级的拉灌电流可达200mA，驱动能力较强。芯片内部有两个误差比较器，一个电压比较器和一个电流比较器。电流比较器可用于过流保护，电压比较器可设置为闭环控制，调整速度快。

鉴于上面分析，选用方案二。

1.2AC-DC主回路拓扑的方案选择

AC-DC主回路拓扑是由一个整流桥和DC-DC变换电路组成的。DC-DC变换有隔离和非隔离两种。输入输出隔离的方式虽然安全，但是由于隔离变压器的漏磁和损耗等会造成效率的降低，而本题没有要求输入输出隔离，所以选择非隔离方式，具体有以下几种方案：

方案一：串联开关电路形式。开关管V1受占空比为D的PWM波的控制，交替导通或截止，再经L和C滤波器在负载R上得到稳定直流输出电压Uo。该电路属于降压型电路，达不到题目要求的30--36V的输出电压。（见图1）

图1

图2

图3

方案二：并联开关电路形式。并联开关电路原理与串联开关电路类似，但此电路为升压型电路，开关导通时电感储能，截止时电感能量输出。只要电感绕制合理，能达到题目要求，且输出电压Uo呈现连续平滑的特性。（见图2）

方案三：串并联开关电路形式。实际上此电路是在串联开关电路后接入一个并联开关电路。用电感的储能特性来实现升降压，电路控制复杂。（见图3）

综上所述，选择方案二。

1.3控制方法方案的论证与选择

方案一：采用单片机产生PWM波,控制开关的导通与截止。根据A/D后的反馈电压程控改变占空比，使输出电压稳定在设定值。负载电流在康铜丝上的取样经A/D后输入单片机，当该电压达到一定值时关闭开关管，形成过流保护。该方案主要由软件实现，控制算法比较复杂，速度慢，输出电压稳定性不好，若想实现自动恢复，实现起来比较复杂。

方案二：采用恒频脉宽调制控制器TL494，这个芯片可推挽或单端输出，工作频率为1--300KHz，输出电压可达40V,内有5V的电压基准，死区时间可以调整，输出级的拉灌电流可达200mA，驱动能力较强。芯片内部有两个误差比较器，一个电压比较器和一个电流比较器。电流比较器可用于过流保护，电压比较器可设置为闭环控制，调整速度快。

鉴于上面分析，选用方案二。

2系统理论分析与计算

2.1稳压稳流原理的分析

2.