单相ACDC变换电路设计

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1、第３７卷第１期西南大学学报（自然科学版）２０１５年１月Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．１ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｊａｎ．２０１５ＤＯＩ：１０．１３７１８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｘｄｚｋ．２０１５．０１．０２３单相ＡＣ－ＤＣ变换电路设计①张凤运，段书凯，王丽丹，钟宇平，李波西南大学电子信息工程学院，重庆４００７１５摘要：针对当前基于变压器的ＡＣＤＣ开关电源很难进一步提高电源转换效率的问题，设计了一个新型的变换电路．本次设计的单相ＡＣ－ＤＣ变换电路结合了功率因素测量和补偿电路，通过单片机控制系统实现ＡＣ－ＤＣ的高效转换．理想二极

2、管桥控制器ＬＴ４３２０与高效开关稳压控制器ＬＴＣ３７８９实现２４Ｖ的交流输入到３６Ｖ的直流输出，通过Ａｔｍｅｇａ１２８单片机控制系统结合基于比较器ＬＭ３９３的功率因素测量电路，完成电源功率因数的测量与补偿；另外，以导通电阻为１５ｍΩ的Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ作为功率器件，最大限度地提高了电源的转换效率．本设计方案优于传统的基于变压器的ＡＣ－ＤＣ变换，具有转换效率高、应用性强和设计方案完善等特点．关键词：ＡＣ－ＤＣ变换；高效开关稳压控制器ＬＴＣ３７８９；功率因数；Ａｔｍｅｇａ１２８单片机中图分类号：ＴＭ７２文献标志码：Ａ文章编号：１６７３－９８６８（２０１５）０１－０１５５－０８近几年来，

3、随着电子技术和制造工艺的不断发展和电源技术的日益成熟，人们对电源的转换效率提出了越来越高的要求．在电气领域中，开关电源占据着举足轻重的位置，高效率是未来电源发展的必然趋势．传统的ＡＣ－ＤＣ变换电路由于要通过高频变压器来实现电压变换，很难将效率提高到更高的层次，也很难降低电源的纹波．本系统所设计的高效率的单相ＡＣ－ＤＣ变换电路，可以输出恒定的３６Ｖ直流电压，在额定输出电流为２Ａ时，可实现高达９０％以上的电源转换效率．高效率、低纹波的电源转换不仅可以提供更加可靠的供电系统，同时也可以带来非常可观的经济效益．１系统结构设计１．１设计任务设计并制作如图１所示的单相ＡＣ－ＤＣ变换电路．输出

4、直流电压稳定在３６Ｖ，输出电流额定值２Ａ．要求：在输入交流电压ＵＳ＝２４Ｖ、输出直流电流Ｉ０＝２Ａ的条件下，使输出直流电压Ｕ０＝（３６±０．１）Ｖ；当ＵＳ＝２４Ｖ，Ｉ０在０．２～２．０Ａ范围内变化时，负载调整率ＳＩ≤０．５％；当Ｉ０＝２Ａ，ＵＳ在２０～３０Ｖ范围内变化时，电压调整率ＳＵ≤０．５％；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①收稿日期：２０１４－０４－０４基金项目：新世纪优秀人才支持计划（教技函［２０１３］４７号）；国家自然科学基金资助项目（６１３７２１３９，６１１０１２３３，６０９７２１５５）；教育部“春晖计划”科研项目（ｚ２０１１１４８）

5、；留学人员科技活动项目择优资助经费（国家级，优秀类，渝人社办〔２０１２〕１８６号）；重庆市高等学校优秀人才支持计划（渝教人〔２０１１〕６５号）；重庆市高等学校青年骨干教师资助计划（渝教人〔２０１１〕６５号）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（ＸＤＪＫ２０１４Ａ００９，ＸＤＪＫ２０１３Ｂ０１１）．作者简介：张凤运（１９９０－），男，重庆人，硕士研究生，主要从事忆阻器及忆阻系统、神经网络和电源电路的研究．通信作者：段书凯，教授，博士研究生导师．１５６西南大学学报（自然科学版）ｈｔｔｐ：／／ｘｂｂｊｂ．ｓｗｕ．ｃｎ第３７卷测量，测量误差绝对值不大于０．０３；具有输出过流保护功能，

6、动作电流为（２．５±０．２）Ａ，在保证完成上述要求的基础上最大限度地提高功率因数和电源的效率，能够根据设定自动调整功率因数．图１单相ＡＣ－ＤＣ变换电路原理框图１．２系统结构系统结构见图２．外部２２０Ｖ交流电经过隔离变压器变换出本设计所需的２４Ｖ单相工频交流电．为满足输出大电流的要求，本设计采用２２０～３６Ｖ的隔离变压器搭配调压变压器提供２０～３０Ｖ的交流电压输入．在本次所设计的系统中，单相２４Ｖ工频交流电经过ＡＣ－ＤＣ变换电路输出恒定的３６Ｖ直流电压给可［１］变负载Ｒ１供电．为实现功率因数的测量和补偿以及电路系统的过流保护，需要对ＡＣ－ＤＣ变换电路的输入和输出端同时进行电压和电流

7、的采样，并将采集到的数据送给ＡＶＲ单片机内部的Ａ／Ｄ进行处理，同时对整个系统做出相应的控制．单片机可以将测量计算得到的功率因数送给ＬＣＤ显示，同时可以根据键盘的动作触发继电器工作，实现功率因数的补偿；当系统电流达到设计的初始值时，单片机触发过流保护模块自动切断电路，并在电流减小到保护值时自动恢复工作．为给系统的其他芯片提供工作电压，本设计另外设置了一套辅助电源，包括＋５，＋１２，－１２Ｖ在内的常用电压．图２系统结构框图１．３系统硬件电路设计１．３．１ＡＣ－ＤＣ主模块电路ＡＣ－ＤＣ