单相ac-dc变换电路(a题)设计报告

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1、2013年全国大学生电子设计竞赛设计报告[A题]单相AC-DC变换电路摘要随着科技的发展，开关电源变得越来越普遍。本文通过对AC-DC电路，DC-DC电路的研究，最终成功做出了36伏AC-DC稳压电源，实现了电压的稳定控制，功率因数的测量，功率因数的控制与补偿，过流保护等功能，并对开关电源的效率提高进行了初步讨论，提高了电路整体效率。电路以单片机MSP430F5529作为主控芯片，实现过流保护和功率因数测量。以LM2587作为核心升压芯片，实现了24V交流到36V直流的变换，电路的整体效率在90%以上，输出电压较为稳定，静态电压的绝对误差小于0.1v。

2、通过单片机控制继电器进行电容投放，成功实现了功率因数的补偿与控制，补偿值在0.98以上，控制精度为0.03，有效的提高了功率因数。【关键词】单片机；AC-DC；功率因数。14目录摘要0一引言2二设计要求22.1基本要求22.2发挥部分2三方案论证33.1整流滤波模块33.2升压模块43.3功率因数测量53.4功率因数控制与补偿63.5过流保护7四理论分析与计算84.1提高效率的方法84.2稳压控制方法9五电路与程序设计95.1主回路与器件选择95.2控制电路与控制程序10六测试方案与测试结果106.1测试方案与测试条件106.2测试结果116.3测试结

3、果分析12七附录12八参考文献1214一引言近年来，随着大学科技竞赛的不断繁荣壮大，全国大学生电子设计竞赛的影响力也越来越大。本次电子设计竞赛A题为单项AC-DC变换电路，通过四天三夜的不懈奋斗，我们做出的电路基本符合了题目要求。同时，通过参加国赛，也提高了我们的电路设计与调试能力和单片机应用能力，是大学生不可多得的锻炼机会。二设计要求图1电路整体框图设计并制作如图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2A2.1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±0.1

4、V。（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

5、95%。14（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。三方案论证图2半波整流示意图3.1整流滤波模块（1）方案一：半波整流电路。半波整流电路简单，易于理解，如图所示。但是半波整流会浪费一半的波形，效率和稳定性不好。图3全波整流示意图（2）方案二：全桥整流电路。全桥整流电路是通过四个二极管组成桥式整流电路，利用二极管的单向导电性整流。在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图10.02(b)。桥式整流电路效率较半波整流高，稳定性

6、好，实验电路选择方案二作为整流方案。14图4全波整流波形图3.2升压模块图5boost电路拓扑图（1）方案一：采用经典boost升压电路。如图所示。方案一电路简单，成本低，但是控制起来困难，控制精度低，实现起来较为复杂，不易调试。（2）方案二：采用集成电路芯片LM2587作为核心芯片，加上适当的外围元件作为主电路，电路如图所示。方案二成本较高，但是集成芯片LM2587功能强大，频率高，实现起来较为简单，效率高。通过外围单路能够调节升压电路的输出值，控制起来较为简单，且精度极高。升压电路最终选择方案二作为主电路。14图6LM2587升压电路图3.3功率因

7、数测量（1）方案一：采用定义法测量功率因数。分别测量输入端的有功功率和视在功率，即可算出功率因数。（：功率因数；P：用功功率；S：视在功率）图7单片机采样电路图但是由于有功功率测量较为麻烦，现成的测量芯片成本较高，且精度不高，此方法较难实现。（2）方案二：采用单片机测量输入电压与输入电流的相位差，通过相位差即能换算出输入电路的功率因数。测量电路如图所示：14根据公式可以算出功率因数：此方法测量比较麻烦，但是测量精度较高，硬件电路简单。（3）方案三：采用集成相位测量芯片AD8302。AD8302是集成相位测量芯片，能够准确的测出两个同频信号的相位差。通过

8、两信号的相位差，能够算出当前电路的功率因数。电路如图所示：图8相位测量电路图本电路硬件电路较为