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单相AC-DC电路.doc

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.51M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    2013 年广西大学生电子设计竞赛 设计报告 单相 AC-DC 变换电路（本科组） (A 题) 1
    摘 要 本设计电路以芯片 UC3842，它是调整功率管工作于开关状态， DC/DC 稳压反馈电路为系统，以开关电源控制器 UC3842 为核心，通 过改变调整功率管导通和截止的时间比例来输出电压稳定。 系统特色：（1）输出电压反馈采用“同步采样”方式，能有效 避免电压尖峰对信号检测的影响。（2）采用多种有效措施降低系统的 电磁干扰（EMI），增强电磁兼容性（EMC）。（3）具有完善可靠的过流 保护电路 。 关键字：单相、功率因数、UC3842、AC/DC This design circuit chip UC3842, adjust the power tube it works in the switch state, DC/DC voltage feedback circuit for the system, UC3842 switch power supply controller as the core, by changing the adjustment of power tube conduction and cut-off time proportional to the output voltage stability. System features: (1) the output voltage feedback adopts "synchronous sampling" method, can effectively avoid the voltage spike on the influence of signal detection. (2) use a variety of effective measures to reduce the electromagnetic interference (EMI) of system, strengthen the electromagnetic compatibility (EMC). (3) the over-current protection circuit with perfect and reliable. Key words: single phase, power factor, UC3842, AC/DC 2
    目 录 一、设计任务与要求................................................................................................................... 4 1.1 任务...................................................................................................................................4 1.2 基本要求...................................................................................................................4 1.3 发挥部分......................................................................................................................... 4 1.4 说明........................................................................................................................... 4 二、方案比较................................................................................................................................. 5 AC-DC 变换器的方案论证与选择..................................................................................... 5 三、系统总设计原理图...............................................................................................................6 四、单元模块设计........................................................................................................................7 4.1 DC/DC 升压模块........................................................................................................... 7 4.2 基于 LM393 和 CD4013 的功率测量模块............................................................8 4.3 相位差φ的信息处理、控制电路...........................................................................8 4.4 功率因素显示模块................................................................................................. 9 4.5 过流保护模块..........................................................................................................9 五、系统仿真调试......................................................................................................................10 六、系统测试...............................................................................................................................11 七、设计总结 ............................................................................................................................. 12 附录 1：............................................................................................................................................ 13 附录 2................................................................................................................................................ 14 3
    一、设计任务与要求 1.1 任务 设计并制作如图 1 所示的单相 AC-DC 变换电路。输出直流电压稳定在 36V，输 出电流额定值为 2A。 1.2 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。 1.3 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。 （4）其他。 1.4 说明 1.图 1 中的变压器由自耦变压器和隔离变压器构成。 2.题中交流参数均为有效值，AC-DC 电路效率 P0=USIS。 ，其中 P0=U0I0， 3.本题定义：（1）负载调整率 ，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 4
    ，U01 为 Us=20V 时的直流输出电压，Uo2 为 Us=30V 时 的直流输出电压。 4.交流功率和功率因数测量可采用数字式电参数测量仪。 5.辅助电源由 220V 工频供电，可购买电源模块（亦可自制），作为作品的组成部 分。测试时，不再另行提供稳压电源。 6.制作时须考虑测试方便，合理设置测试点，参考图 1。 二、方案比较 AC-DC 变换器的方案论证与选择 方案一：先经过整流桥把 AC 变换为 DC，再利用推挽式 DC-DC 变换器。推挽电路 是两不同极性晶体管输出电路无输出变压器（有 OTL、OCL 等）。是两个参数相同 的功率 BJT 管或 MOSFET 管，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形 放大任务。电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损 耗小效率高。推挽输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推挽式拓 扑结构原理图如图 1.2.1 所示。 + Vin - SW 1 T D1 D2 Lo Cout + 控 制 Cin SW 2 反 馈 图 1.2.1 推挽式拓扑结构图 V CC Vout G ND 方案二：Boost 升压式 DC-DC 变换器。拓扑结构如图 1.2.2 所示。开关的开 通和关断受外部 PWM 信号控制，电感 L 将交替地存储和释放能量，电感储能后使 电压泵升，而电容 outC 可将输出电压保持平稳，通过改变 PWM 控制信号的占空比 可以相应实现输出电压的变化。该电路采取直接直流升压，电路结构较为简单， 损耗较小，效率较高。 L Cin 控制 + V in - D SW C o u t + + V o u t - 图 1.2.2 Boost 电路 5
    方案三：DC/DC 升压，稳压电源 主要以芯片 UC3842 达到稳压，。 经研究发现方案二与方案一的实验数据精度不能达到要求，再根据软件成本 和实践的可行性决定选第三方案。 三、系统总设计流程图 本系统主要由 AC/DC 整流模块、DC/DC 升压模块、电压电流调整模块、过流保护、 功率因素测量模块、显示模块以及功率因素校正模块组成，下面分别论证这几个 模块的选择。 隔离变压器 自耦变压器 过流保护电路 AC-DC 整流桥 功率因素校正电路 UC3842 DC-DC 升压电路 功率因素测量 和显示电路 负载 6
    四、单元模块设计 4.1 DC/DC 升压模块 电路原理：利用调整功率管 UC3842 工作于开关状态，通过改变调整功率管 导通和截止的时间比例来稳定输出电压。下图为 UC3842 内部结构图。 电路原理图: 芯片选择：UC3842 的特点: ●微调的振荡器放电电流，可精确控制占空比. ●电流模式工作到 500KHZ ●自动前馈补偿 ●锁存脉宽调制，可逐周限流 ●内部微调的参考电压，带欠压锁定 ●大电流图腾柱输出 7
    ●欠压锁定，带滞后 ●低启动和工作电流 ●UC3842A 有 16V（通）和 10 伏（断）低压锁定门限，十分适合于离线变换器。 ●UC3843A 是专为低压应用设计的，低压锁定门限为 8.5 伏（通）和 7.6V（断）。 4.2 基于 LM393 和 74LS74 的功率测量模块 电路原理：该部分主要由双 D 触发器 CD4013 完成，经由 D 触发器 74LS74 组 成的 0°～ 360°相位检测电后得到一组互补的相位信号,如下图所示,且输出的 脉冲信号不受输入信号幅度的影响. 输出信号 Q 的宽度τ反映了两信号 U 和 I 之间的相位差, 即φ的大小;τ+τ′大小对大小对应于 2π,故有φ=τ·2π τ+τ′，因此,只要测得τ,τ′就可以计算出φ的值. 电路原理图： 芯片选择：LM393、74LS74 模块功能：实现相位测量，从而达到功率因素 4.3 相位差φ的信息处理、控制电路 相位差φ的信息处理、控制电路的分析： 该部分主要有核心控制器89C51及其外围电路构成，其功能是对数据进行处 理算计功率因数。利用8051 单片机的T0 ,T1分别测出τ,τ′,将它们置于工作 方1 (16 位定时器) ,门控位GATEo 和GATE1 置1. 当U过零变正时,由INT0 和 INT1 控制计数器T0 ,T1 对τ,τ′进行计时,通过检测INT0 端的状态来保证计 数器与相位信号同步工作。为了提高检测精度,又不使计数器溢出,设置计数器连 续对m 个周期中的τ,τ′进行计数,并设计数器T0 的计数值为N ,计数器T1 的 计数值为M,则有φ =τ·2πτ+τ′=N ·2π/N+M,从而求得功率因数cos φ。 相位差φ的信息处理、控制电路原理图： 8
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