單相ACDC變換電路A題設(shè)計(jì)報(bào)告全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽

1、 . 2013年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽單相AC/DC變換電路（A題）24 / 27摘 要 本系統(tǒng)以Boost升壓斬波電路為核心，采用PFC功率因數(shù)校正專用控制芯片UCC28019產(chǎn)生PWM波形，進(jìn)行閉環(huán)反饋控制，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：電源進(jìn)線的交流電壓和負(fù)載電流在比較寬的圍變化時(shí)，電源輸出直流電壓能夠保持較高的穩(wěn)定性，電源交流輸入功率因數(shù)達(dá)到89%，效率達(dá)到92%，具有良好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率，此外，本系統(tǒng)還具有輸出2.5A過流保護(hù)，輸出功率因數(shù)的測(cè)量與顯示功能。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源 UCC28019 Boost電路 功率因數(shù)校正 AbstractThis system in ord

2、er to Boost the Boost chopper circuit as the core, adopts PFC control chip dedicated power factor correction UCC28019 PWM waveforms, the closed-loop feedback control, so as to realize the voltage output. The experimental results show that the power supply into line voltage and load current changes i

3、n a comparatively wide scope, can maintain the stability of the high power output dc voltage, power supply ac input power factor reaches more than 89%, efficiency of 92%, has the good voltage regulation and load regulation, In addition, this system also has 2.5 A output over-current protection, the

4、measurement and display of power factor of the output.目 錄1系統(tǒng)方案11.1DCDC變換模塊的論證和選擇11.2PFC控制方案的論證和選擇22系統(tǒng)理論分析與計(jì)算22.1電路設(shè)計(jì)的分析22.1.1主電路的分析22.1.2控制電路的分析32.1.3功率因數(shù)測(cè)量電路的分析62.2主回路器件的選擇與參數(shù)計(jì)算62.3 PFC控制電路參數(shù)計(jì)算93電路與程序設(shè)計(jì)103.1電路的設(shè)計(jì)103.1.1系統(tǒng)總體框圖103.1.2 主電路子系統(tǒng)框圖與電路原理圖113.1.3 輔助電路子系統(tǒng)框圖與電路原理圖123.1.4輔助電源133.2程序的設(shè)計(jì)133.2.1程

5、序功能描述與設(shè)計(jì)思路133.2.2程序流程圖144測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果144.1測(cè)試方案144.2 測(cè)試條件與儀器154.3 測(cè)試結(jié)果與分析154.3.1測(cè)試結(jié)果(數(shù)據(jù))154.3.2測(cè)試分析與結(jié)論16附錄1：電路原理圖17附錄2：源程序18單相AC/DC變換電路（A題）1系統(tǒng)方案1.1 DCDC變換模塊的論證和選擇方案一：Buck型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變換器：該方案可在隔離變壓器輸出端進(jìn)行三倍壓整流，再將直流電壓通過Buck型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行降壓變換實(shí)現(xiàn)。但采用Buck型變換器輸入端電壓偏高，驅(qū)動(dòng)電路和控制電路的電源方案較麻煩，并且可靠性不高。圖1 Buck 電路原理圖方案二：型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變換器：它的輸出電壓極

6、性與輸入電壓相反，但其值可以高于、等于或低于輸入電壓的值。其輸入和輸出電流都是連續(xù)的，經(jīng)兩個(gè)電感的補(bǔ)償耦合，將輸入和輸出的波紋電流和電壓抑制到零，但部諧振使傳遞作用斷續(xù)或在某些頻率上削弱輸入波紋抑制。在耦合電感線圈和變壓器隔離的結(jié)構(gòu)中，由于“開關(guān)導(dǎo)通”初期的沖擊耦合電流會(huì)引起輸出電壓反向，并且也存在穩(wěn)定性問題。圖2電路原理圖方案三：Boost型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變換器：Boost升壓斬波電路：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。開關(guān)的開通和關(guān)斷受外部PWM信號(hào)控制，電感L將交替地存儲(chǔ)和釋放能量，電感L儲(chǔ)能后使電壓泵升，而電容C可將輸出電壓保持住，輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為=()，通過改變PWM控制信號(hào)的占空比可以相應(yīng)實(shí)

7、現(xiàn)輸出電壓的變化。該電路采取直接直流變流的方式實(shí)現(xiàn)升壓，電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，損耗較小，效率較高。圖3 Boost電路原理圖通過以上綜合分析比較，Boost型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變換器是DCDC變換器的理想選擇。1.2 PFC控制方案的論證和選擇一般功率因數(shù)校正的控制方法有模擬控制方法和數(shù)字控制方法，為此設(shè)想了以下幾種控制方案：方案一：采用DSP+BOOST實(shí)現(xiàn)： 采用純軟件調(diào)整控制參數(shù)，比如，PWM波的占空比，一般的使用數(shù)字控制可以減少元器件的數(shù)量，減少材料和裝配的成本，而且可減小干擾，但限于本組知識(shí)和能力的限制，不選用該方案。方案二：采用BOOST+UC3854實(shí)現(xiàn)： UC3854是一種工作于平均電流的的

8、升壓型有源功率因數(shù)校正電路。它的峰值開關(guān)電流近似等于輸入電流。是目前較為廣泛使用的APFC電路。該方案所實(shí)現(xiàn)的PFC電路，要調(diào)節(jié)UC3854的電壓放大器，電流放大器和乘法器。方案三：采用BOOST+UCC28019實(shí)現(xiàn)： UCC28019是TI公司新近推出的一種功率因數(shù)校正芯片，該芯片采用平均電流模式對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行校正，使輸入電流的跟蹤誤差產(chǎn)生的畸變小于1，實(shí)現(xiàn)了接近于l的功率因數(shù)。UCC28019組成的PFC電路,只調(diào)節(jié)一個(gè)放大器的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)即可。 比較三種方案，發(fā)現(xiàn)方案三，設(shè)計(jì)步驟減少了好幾步，相對(duì)來(lái)說簡(jiǎn)單易行，而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該方案完全達(dá)到題目的要求。綜上所述，選用方案三。2系統(tǒng)理論分析與

9、計(jì)算2.1電路設(shè)計(jì)的分析本文設(shè)計(jì)了一個(gè)直流輸出電壓為36V、電流2A的高功率因數(shù)開關(guān)電源，其交流輸入電壓為24V，該電路包括主電路，控制電路，測(cè)量電路和保護(hù)電路四部分。從輸入的交流電220V 開始，經(jīng)過隔離變壓器調(diào)壓成交流電24V后送入全橋整流電路進(jìn)行整流，再經(jīng)過高頻濾波電容后送給主電路，主電路為Boost 電路，由PFC 芯片UCC28019 控制開關(guān)管導(dǎo)通關(guān)斷，經(jīng)過Boost電路升壓后電壓變?yōu)?6V?？刂齐娐泛蜏y(cè)量電路包括PFC控制電路和單片機(jī)測(cè)量控制電路，PFC控制電路由專用PFC芯片組成，單片機(jī)測(cè)量控制電路主要是輸出側(cè)通過電阻分壓并用電壓、電流傳感器進(jìn)行采集比較送至單片機(jī)進(jìn)行功率因數(shù)測(cè)

10、量顯示。保護(hù)電路是PFC芯片的過壓和過流保護(hù)。2.1.1主電路的分析Boost變換電路由Q1、電感L1、二極管D1和輸出電容C0組成，原理圖如圖4所示：圖4 Boost變換電路原理圖工作原理：在和開關(guān)管Q1之間串接電感L1，電感的下端通過整流二極管D1給輸出電容C0與負(fù)載供電。當(dāng)Q1在Ton時(shí)段導(dǎo)通時(shí)，D1反偏，L1的電流線性上升直到 ,此時(shí)了L1存儲(chǔ)了能量由于在Q1導(dǎo)通時(shí)段輸出電流完全由C0提供，所以C0應(yīng)選得足夠大，以使在Ton時(shí)段向負(fù)載供電時(shí)其電壓降低能滿足要求。Q1關(guān)斷時(shí)，由于電感電流不能突變，L1的電壓極性顛倒，L1異名端電壓相對(duì)同名端為正。L1同名端為且L1經(jīng)D1向C0充電，使C0

11、兩端電壓高于，此時(shí)電感儲(chǔ)能給負(fù)載提供電流并補(bǔ)充C0單獨(dú)向負(fù)載供電時(shí)損失的電荷。若Q1下次導(dǎo)通之前，流過D1的電流已下降到零，則認(rèn)為上次Q1導(dǎo)通時(shí)存儲(chǔ)于L1中的能量已釋放完畢，電路工作于不連續(xù)模式；反之若電流在關(guān)斷時(shí)間結(jié)束時(shí)還未下降到零，則由于電感電流不能突變，Q1下次導(dǎo)通時(shí)電流上升會(huì)有一個(gè)階梯，此時(shí)稱電路工作于連續(xù)模式。輸出電壓的調(diào)整是通過負(fù)反饋環(huán)控制Q1導(dǎo)通時(shí)間實(shí)現(xiàn)的。若直流負(fù)載電流上升，則導(dǎo)通時(shí)間會(huì)自動(dòng)增加為負(fù)載提供更多能量。若下降而Ton不變，則峰值電流即L1的儲(chǔ)能會(huì)下降，導(dǎo)致輸出電壓下降。但負(fù)反饋環(huán)會(huì)檢測(cè)到電壓的下降，并通過增大Ton來(lái)維持輸出電壓恒定。2.1.2控制電路的分析UCC2

12、8109芯片介紹：UCC28019是一款8引腳的連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）控制器，該器件具有寬泛的通用輸入圍，適用于100W至2kW以上的功率變換器。有源功率因數(shù)校正控制器UCC28019使用Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，工作于電流連續(xù)導(dǎo)電模式。欠壓鎖定期間的啟動(dòng)電流低于200uA。用戶可以通過調(diào)整VSENSE腳的電壓低于0.77V而使系統(tǒng)工作于低功耗待機(jī)模式。該控制器不需要檢測(cè)電網(wǎng)電壓，利用平均電流控制模式可以實(shí)現(xiàn)輸入電流較低的波形畸變，大大減少了元器件數(shù)量。簡(jiǎn)單的外圍電路非常便于對(duì)電壓環(huán)和電流環(huán)進(jìn)行靈活的補(bǔ)償設(shè)計(jì)。開關(guān)頻率可以控制在±5%的精度，可以為外部開關(guān)管提供快速1.5A峰值柵極驅(qū)動(dòng)電流

13、。該控制器具有許多系統(tǒng)級(jí)的保護(hù)功能，主要包括峰值電流限制，軟過電流保護(hù)，開環(huán)檢測(cè)，輸入掉電保護(hù)，輸出過壓、欠壓保護(hù)，過載保護(hù)，軟啟動(dòng)，芯片部將柵極驅(qū)動(dòng)電壓箝位于12.5V等。(1) UCC28019的特點(diǎn)連續(xù)導(dǎo)電模式控制器UCC28019具有以下特點(diǎn)： 不需要對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行檢測(cè)，減少了外圍元器件 寬圍的通用交流輸入電壓 65kHz的固定開關(guān)頻率 最大占空比達(dá)97% 輸出過壓、欠壓保護(hù)，輸入掉電保護(hù) 單周峰值電流限制 開環(huán)保護(hù) 低功耗待機(jī)模式(2) UCC28019引腳說明UCC28019采用8-Lead PDIP和8-Lead SOIC兩種封裝形式，其引腳排列如圖5所示，引腳功能介紹如下GND

14、 GATE ICOMP VCCISENSE VSENSEVINS VCOMP12348765圖5 UCC28019的引腳排列（SOIC-8、PDIP-8）表2.1 UCC28019引腳功能說明引腳號(hào)引腳符號(hào)引腳功能1GND芯片接地端2ICOMP電流環(huán)路補(bǔ)償，跨導(dǎo)電流放大器輸出端，引腳的工作電壓高于0.6V3ISENSE電感電流檢測(cè)。該管腳通過對(duì)電流檢測(cè)電阻外接一220電阻可以有效抑制浪涌電流的涌入4VINS交流輸入電壓檢測(cè)。當(dāng)系統(tǒng)交流輸入電壓高于用戶定義的正常工作電壓或低于掉電保護(hù)電壓時(shí)，輸入掉電保護(hù)（IBOP）動(dòng)作5VCOMP電壓環(huán)路補(bǔ)償。該引腳經(jīng)過外部阻容電路接地，構(gòu)成電壓環(huán)路補(bǔ)償器6VS

15、ENSE輸出電壓檢測(cè)。Boost PFC變換器的直流輸入電壓經(jīng)過電阻分壓器采樣后接入該引腳，為了濾除高頻噪聲干擾，該引腳對(duì)地外接一個(gè)小電容7VCC芯片工作電源。為防止高頻噪聲對(duì)電源的干擾，通常該管腳對(duì)地外接一個(gè)0.1uF的瓷電容，并且盡量靠近UCC28019芯片8GATE柵極驅(qū)動(dòng)。推挽式柵極驅(qū)動(dòng)，可以驅(qū)動(dòng)外部一個(gè)或多個(gè)功率MOSFET，提供1.52.0A電流驅(qū)動(dòng)(3)UCC28019的部結(jié)構(gòu)和工作原理UCC28019是一款在連續(xù)工作模式下，以固定頻率工作的具有功率因數(shù)校正功能(PFC)的控制芯片，該芯片具有軟啟動(dòng)、欠/過壓保護(hù)、過流保護(hù)、開路保護(hù)以與峰值電流限制等功能，UCC28019部結(jié)構(gòu)框

16、圖如圖6所示：圖6 UCC28019部框圖UCC28019的控制調(diào)節(jié)功能是通過兩個(gè)回路完成的：一個(gè)是部的電流回路；來(lái)自取樣電阻的負(fù)極性電壓信號(hào)從ISENSE端進(jìn)入到芯片部后經(jīng)反相器成為正極性信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過電流放大器后輸出為ICOMP；斜坡信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)與ICOMP電壓進(jìn)行比較，其輸出作為芯片部RS觸發(fā)器的輸入，與部65kHZ振蕩信號(hào)一起控制PWM的占空比，輸出脈沖經(jīng)推挽電路控制功率開關(guān)器件的通斷；從圖2可以看出，假設(shè)當(dāng)斜坡電壓線性上升并剛好超過ICOMP的電壓時(shí)經(jīng)過的時(shí)間為，而這個(gè)時(shí)間又決定了DOFF，根據(jù)斬波拓?fù)浞匠逃蠨OFF =VIN/VOUT，由于VIN的波形是正弦波，而ICOM

17、P的電壓與電感電流成正比，控制回路就迫使電感電流波形跟蹤輸入電壓波形，因此輸入電流波形也是正弦波形并與輸入電壓同相，因此實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)校正。二是外部電壓回路，開關(guān)電源輸出電壓通過分壓后的取樣電壓從VSENSE端輸入，與部一些比較器連接在一起，起到欠/過壓保護(hù)、開路保護(hù)以與穩(wěn)壓的作用；電壓誤差放大器輸出的電流對(duì)連接在VCOMP端的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行充電或者放電，從而建立起合適的VCOMP電壓來(lái)滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行；VCOMP上的電壓常常用來(lái)設(shè)置電流放大器的增益以與斜坡信號(hào)的斜率，當(dāng)外部回路在穩(wěn)態(tài)時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整芯片部的增益參數(shù)使輸入電流波形具有較低的畸變，從而保證開關(guān)電源具有較高的功率因數(shù)。2.1.3功率因

18、數(shù)測(cè)量電路的分析對(duì)于某一正弦信號(hào)，周期性地出現(xiàn)過零點(diǎn)，測(cè)出過零點(diǎn)的時(shí)間即可以測(cè)出該信號(hào)的相角。通過電壓互感器和電流互感器得到低壓交流信號(hào)，然后通過整形電路將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL方波脈沖。利用輸入兩路信號(hào)過零點(diǎn)的時(shí)間差，以與信號(hào)的頻率來(lái)計(jì)算兩路信號(hào)的相位差。其原理圖如圖7所示：圖7 雙路比較器LM393整形電路兩路信號(hào)的相位差：。其中，N為兩路信號(hào)的上升沿分別觸發(fā)計(jì)數(shù)器的差值，為單片機(jī)時(shí)鐘頻率，T為輸入信號(hào)的周期。2.2主回路器件的選擇與參數(shù)計(jì)算主電路參數(shù)計(jì)算:主回路原理圖如圖8所示，設(shè)計(jì)中，首先確定最大輸入峰值電流 ，這可以根據(jù)電源的效率和要求達(dá)到的功率因數(shù)來(lái)計(jì)算：輸入最大有效電流最大電感峰值

19、電流圖8主電路圖（1）、輸入電容（CIN），這個(gè)電容容量很小，主要是濾除整流輸出電壓中的高頻成分。通過計(jì)算出允許的紋波電流值與紋波電壓值，可以得到輸入電容的最大值，這里將的20%作為紋波電流，電壓紋波系數(shù)為6%,；根據(jù)手冊(cè)，計(jì)算過程如下：紋波電流峰值最大紋波電壓將和代入下式即可得到：輸入電容 取為1（2）、升壓電感(LBST)，起儲(chǔ)能作用；按照占空比可以計(jì)算出斬波電感的最小取值： 取為200（3）、輸出濾波電容(COUT)，該電容的選擇主要是滿足輸出電壓保持時(shí)間；當(dāng)要求在保持時(shí)間 ，開關(guān)電源輸出電壓不低于30V時(shí)，則輸出濾波電容容量按下式計(jì)算：（4）、功率開關(guān)元件(QBST)，開關(guān)管要求工作在

20、65KHz，在系統(tǒng)中取IRF540N，擊穿電壓可到=100V，最大電流=23A，導(dǎo)通電阻很小，開關(guān)管上升時(shí)間為39ns，可滿足題目要求。（5）、快速恢復(fù)二極管(DBST) 和快速啟動(dòng)二極管的選擇，D1二極管的主要功能是使系統(tǒng)快速啟動(dòng)，系統(tǒng)中采用FR107，快速恢復(fù)二極管D3選擇B201006。（6）、采樣電阻(RSENSE)：主要是對(duì)電感電流進(jìn)行取樣；考慮到軟過流保護(hù)的下限以與電感峰值電流的最大取值，取樣電阻的計(jì)算如下：（7）、為使器件避免由于瞬時(shí)峰值電流的損害，用一個(gè)RISENSE=220的電阻與ISENSE引腳串聯(lián)，同時(shí)在該引腳處與地線之間接1只1000pF的電容CISENSE，以改善抗干

21、擾性能。（8）、為了使電源功耗盡可能小與使反饋電壓誤差最小，反饋電阻RFB1=100K，RFB2按下式計(jì)算：實(shí)際連接一個(gè)滑動(dòng)變阻器101,另外還需要在VSENSE引腳處接1只小電容以濾除噪聲干擾，一般CVSENSE=820pF。（9）、輸入低電壓保護(hù)(Brown Out Protection)電路中，由RVINS1和RVINS2分壓獲得的電壓，從UCC28019的4腳(VINS)進(jìn)入，當(dāng)引腳電壓低于0.8V時(shí)，芯片將切斷從8腳(GATE)的驅(qū)動(dòng)輸出。RVINS1和RVINS2的參數(shù)計(jì)算如下：假設(shè)流經(jīng)分壓電阻的電流為輸入偏置電流的150倍，即若，則實(shí)際設(shè)計(jì)中RVINS1取2M，RVINS2取10

22、0k。另外在VINS引腳與地之間還接有電容CVINS，主要作用是濾除紋波電壓，防止誤觸發(fā)輸入低電壓保護(hù)電路；其次可以延遲一定時(shí)間啟動(dòng)輸入低電壓保護(hù)電路。CVINS的放電時(shí)間一般要求大于輸出電容的保持時(shí)間；COUT的保持時(shí)間為一個(gè)周期，因此當(dāng)CVINS的放電時(shí)間滿足半周期的2.5倍時(shí)，可以按下式得到CVINS的值：取為1。2.3 PFC控制電路參數(shù)計(jì)算PFC控制電路采用TI公司的專用PFC芯片UCC28019，作為整個(gè)校正系統(tǒng)的控制器。UCC28019為持續(xù)傳導(dǎo)模式的PFC控制器，鋸齒波振蕩頻率為65K，輸出方波最高占空比為97%，帶5V的電壓基準(zhǔn)，推挽式輸出的驅(qū)動(dòng)電壓可達(dá)12.5V，電流達(dá)1.

23、5A。具有電源輸入軟啟動(dòng)保護(hù)，以與反饋電壓欠壓，過壓鎖存和峰值電流限制，此外還設(shè)有電壓，電流反饋補(bǔ)償端。校正后的功率因數(shù)可達(dá)89%，特別適用于BOOST升壓電路，輸入電壓圍寬，輸出功率大。PFC控制的電路設(shè)計(jì)如圖9所示：圖9 PFC控制電路圖其中控制電路12V電壓供電，圖中R7和C7對(duì)輸入電壓值進(jìn)行濾波，R7采用220歐的電阻，C7取1,C6是輸入電壓采樣后的濾波電容，取值為1。（1）、VCOMP端的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的確定:一個(gè)由電阻和電容組成的網(wǎng)絡(luò)連接在VCOMP端與地之間起到補(bǔ)償作用?？鐚?dǎo)誤差電壓放大器輸出的電流對(duì)該網(wǎng)絡(luò)的電容進(jìn)行充電或者放電，目的是建立合適的VCOMP電壓來(lái)保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

24、查手冊(cè)可知，電壓傳遞函數(shù)的開環(huán)增益在10Hz時(shí)為GVLDB(f)=0.709dB，另外可知：=42us，K1=7，KFQ=1/65kHz=15.385us，M1M2=0.37V/us，F(xiàn)V=10Hz，F(xiàn)POLE=20Hz根據(jù)已知條件首先需要計(jì)算出脈寬調(diào)制到功率級(jí)的極點(diǎn)的值，然后利用相應(yīng)公式計(jì)算出各元件參數(shù)：實(shí)際CVCOMP取值3.3uF。實(shí)際RVCOMP取27k。實(shí)際取值0.33。（2）、ICOMP端是跨導(dǎo)電流放大器輸出端：此端與地之間接有一補(bǔ)償電容CICOMP，主要起補(bǔ)償和平均取樣電流信號(hào)的作用。從手冊(cè)上可以得到平均電流極點(diǎn)=9.5KHz，=0.95ms，M1=0.484，K1=7，則可利用

25、公式計(jì)算出的CICOMP取值：3電路與程序設(shè)計(jì)3.1電路的設(shè)計(jì)3.1.1系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)總體框圖如圖10所示，220V交流電壓經(jīng)過隔離、降壓、整流、濾波后，得到比較穩(wěn)定的直流電壓，在經(jīng)過DC/DC電路升壓后再濾波得到比較平滑的直流輸出電壓；PFC控制電路采用UCC29019作為控制器，提高了電源的功率因數(shù)，具有良好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率；同時(shí)在變壓器副邊檢測(cè)的電壓、電流信號(hào)經(jīng)過比較器整形后，送入STC89C51單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行分析處理，外接LCD液晶顯示功率因數(shù)。當(dāng)輸出電流大于2.5A時(shí)，UCC29019的3腳ISENSE做軟式過流限制，4腳VINSAC電壓檢測(cè)端電壓超出閥值，起過流保護(hù)作用。

26、隔離變壓器AC/DC整流DC/DC變換PFC控制電壓電流互感器比較器單片機(jī)液晶顯示AC 220V 負(fù)載AC24V輸入電壓電流檢測(cè)電壓反饋?zhàn)择钭儔浩?6V圖10 系統(tǒng)總體框圖3.1.2主電路子系統(tǒng)框圖與電路原理圖1、主電路子系統(tǒng)框圖隔離變壓器AC/DC整流DC/DC變換PFC控制AC 220V 負(fù)載AC24V輸入電壓電流檢測(cè)電壓反饋?zhàn)择钭儔浩?6V圖11主電路子系統(tǒng)框圖2、主電路子系統(tǒng)電路圖12主電路子系統(tǒng)電路3.1.3輔助電路子系統(tǒng)框圖與電路原理圖輔助電路包括過流保護(hù)電路、功率因數(shù)測(cè)量電路。1、功率因數(shù)測(cè)量電路子系統(tǒng)框圖以STC-51單片機(jī)為核心的功率因數(shù)測(cè)量系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖13所示。該測(cè)量

27、系統(tǒng)主要由電流互感器、電壓互感器、整形修正電路、單片機(jī)、LED顯示器和通信接口等組成。電壓互感器電流互感器整形修正電路STC-51單片機(jī)最小系統(tǒng)串口通訊LED顯示圖13功率因數(shù)測(cè)量電路子系統(tǒng)框圖2、功率因數(shù)測(cè)量電路子系統(tǒng)電路在 LM393 的輸入端加了兩個(gè)IN4108穩(wěn)壓二極管將輸入信號(hào)控制在 -0.7V+0.7之間，經(jīng)過零比較器將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)變成方波；用觸發(fā)器CD4013去除高頻信號(hào)，濾除諧波干擾；通過2個(gè)施密特整形觸發(fā)器，得到TTL方波信號(hào)。送入單片機(jī)進(jìn)行分析處理。原理圖如圖14所示：圖14功率因數(shù)測(cè)量電路子系統(tǒng)電路3.1.4輔助電源輔助電源由變壓部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。為整個(gè)系統(tǒng)提供

28、5V和12V電壓，確保電路的正常穩(wěn)定工作。這部分電路比較簡(jiǎn)單，都采用三端穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)，原理圖如圖15所示：圖15 電源電路子系統(tǒng)電路3.2程序的設(shè)計(jì)3.2.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路1、程序功能描述根據(jù)題目要求軟件部分主要實(shí)現(xiàn)顯示功能。顯示部分：顯示功率因數(shù)。2、程序設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)軟件控制功率因數(shù)測(cè)量部分的側(cè)相電路工作。上電后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后調(diào)用取樣子程序，檢測(cè)當(dāng)前電壓電流的相位差，根據(jù)測(cè)量公式顯示功率因數(shù)。3.2.2程序流程圖主程序流程圖和計(jì)算公式流程圖如圖16所示：開始初始化數(shù)據(jù)處理顯示初設(shè)功率因數(shù)值KEY1=1顯示被測(cè)功率因數(shù)值KEY2=1是否是否開始m=20=N*2/（N+M）的計(jì)算a

29、=返回是否圖16程序流程圖4測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果4.1測(cè)試方案硬件測(cè)試：（1）負(fù)載調(diào)整率的測(cè)試方法：在輸入電壓調(diào)為24V，輸出電壓設(shè)置為36V的條件下，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻使輸出電流在0.2A2.0A圍變化，測(cè)量輸出電壓，分別記為和，則負(fù)載調(diào)整率（）100%，即為負(fù)載調(diào)整率。（2）電壓調(diào)整率的測(cè)試方法：調(diào)節(jié)負(fù)載當(dāng)輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定值36V時(shí)，使輸出電流為2A。調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使整流電路輸入電壓分別在2030V圍變化，測(cè)量這兩種情況下輸出電壓，分別記為和，則電壓調(diào)整率S1（）36100%，即為電壓調(diào)整率。（3）功率因數(shù)的測(cè)量：通過調(diào)節(jié)負(fù)載，輸出不同電流值的情況下，用示波器的探頭夾在鑒相的輸出點(diǎn)，測(cè)量波形的占空比

30、D，即可計(jì)算功率因數(shù) ，與液晶顯示的功率因數(shù)PF1比較計(jì)算誤差。（4）電路效率測(cè)量：AC/DC電路效率,其中,4.2 測(cè)試條件與儀器測(cè)試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全一樣，并且檢查無(wú)誤，硬件電路保證無(wú)虛焊。測(cè)試儀器：GOS-630FCMO模擬示波器，8903F數(shù)字電參數(shù)測(cè)量?jī)x（500V 40A），安捷倫五位半數(shù)字萬(wàn)用表，mf47萬(wàn)用表，滑線變阻器。4.3 測(cè)試結(jié)果與分析4.3.1測(cè)試結(jié)果(數(shù)據(jù))（1）當(dāng)輸入交流電壓Us為24V，負(fù)載電流為2A時(shí)，將輸出電壓穩(wěn)定在36V測(cè)量結(jié)果如表1（:誤差參考電壓U=36V0.1V）表4.1 測(cè)量輸出電壓（采用安捷倫五位半數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試

31、）Us(V)Io(A)(V)誤差24236000 (2) 在輸入電壓調(diào)為24V，輸出電壓設(shè)置為36V的條件下，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻使輸出電流在0.2A2.0A圍變化時(shí)，測(cè)量輸出電壓。表4.2 負(fù)載調(diào)整率（采用安捷倫五位半數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試）Us(V)Io(A) (V)誤差240.236.080.25%242.035.987(3) 在輸入電壓調(diào)為24V，輸出電壓設(shè)置為36V的條件下，。調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使整流電路輸入電壓分別在2030V圍變化時(shí)，測(cè)量這兩種情況下輸出電壓。表4.3電壓調(diào)整率（采用安捷倫五位半數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試）Us(V) (V)誤差2035.930.47%3036.1（4）功率因數(shù)的測(cè)量表3.3功率因

32、數(shù)測(cè)量（8903F數(shù)字電參數(shù)測(cè)量?jī)x（500V 40A）功率因數(shù)（系統(tǒng)測(cè)量值）功率因數(shù)（實(shí)測(cè)量值）誤差（%）0.890.88570.483%（5）輸出電路過流保護(hù)測(cè)試：經(jīng)測(cè)試本系統(tǒng)在電流達(dá)到2.5A時(shí)，輸出波形不再震蕩，具有過流保護(hù)功能。4.3.2測(cè)試分析與結(jié)論根據(jù)上述測(cè)試數(shù)據(jù)，由此可以得出以下結(jié)論：1、該電源輸出的直流電壓能夠保持較高的穩(wěn)定性；2、該電源具有良好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率；3、該系統(tǒng)采用有源功率因數(shù)校正，可改善電源輸入功率因數(shù)，電源交流輸入功率因數(shù)達(dá)到0.89以上；4、電源具有過流保護(hù)功能。綜上所述，本設(shè)計(jì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。附錄1：電路原理圖圖1 系統(tǒng)原理圖 圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)與功

33、率測(cè)量電路附錄2：源程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/這三個(gè)引腳參考資料sbit E=P27;/1602使能引腳sbit RW=P36;/1602讀寫引腳sbit RS=P37;/1602數(shù)據(jù)/命令選擇引腳uint time=0; uchar wan,qian,bai,shi,ge,i=0;/* 名稱 : delay()* 功能 : 延時(shí),延時(shí)時(shí)間大概為5US。* 輸入 : 無(wú)* 輸出 : 無(wú)*/void delay()_n

34、op_();_nop_();void Delay(uint del)uint i,j;for(i=0;i<del;i+)for(j=0;j<=148;j+)/* 名稱 : bit Busy(void)* 功能 : 這個(gè)是一個(gè)讀狀態(tài)函數(shù)，讀出函數(shù)是否處在忙狀態(tài)* 輸入 : 輸入的命令值* 輸出 : 無(wú)*/void Busy(void)bit busy_flag = 1;P0 = 0x80;RS = 0;delay();RW = 1;delay();E = 1;/Delay(1);while(1)busy_flag = (bit)(P0 & 0x80);if(busy_flag

35、 = 0)break;E = 0;/* 名稱 : wcmd(uchar del)* 功能 : 1602命令函數(shù)* 輸入 : 輸入的命令值* 輸出 : 無(wú)*/void wcmd(uchar del)RS = 0;delay();RW = 0;delay();E = 0;delay();P0 = del;delay();E = 1;delay();E = 0;/* 名稱 : wdata(uchar del)* 功能 : 1602寫數(shù)據(jù)函數(shù)* 輸入 : 需要寫入1602的數(shù)據(jù)* 輸出 : 無(wú)*/void wdata(uchar del)delay();RS = 1;delay();RW = 0;de

36、lay();E = 0;delay();P0 = del; delay();E = 1;delay();E = 0;/* 名稱 : L1602_init()* 功能 : 1602初始化，請(qǐng)參考1602的資料* 輸入 : 無(wú)* 輸出 : 無(wú)*/void L1602_init(void)Delay(15);wcmd(0x38);Delay(5);wcmd(0x38);Delay(5);wcmd(0x38);wcmd(0x38);Busy();wcmd(0x08);Busy();wcmd(0x01);Busy();wcmd(0x06);Busy();wcmd(0x0c);/* 名稱 : L1602_

37、char(uchar hang,uchar lie,char sign)* 功能 : 改變液晶中某位的值，如果要讓第一行，第五個(gè)字符顯示"b" ，調(diào)用該函數(shù)如下 L1602_char(1,5,'b')* 輸入 : 行，列，需要輸入1602的數(shù)據(jù)* 輸出 : 無(wú)*/void L1602_char(uchar hang,uchar lie,char sign)uchar a;if(hang = 1) a = 0x80;if(hang = 2)a = 0xc0;a = a + lie - 1;Busy();wcmd(a);Busy();wdata(sign);/* 名稱 : L1602_string(uchar hang,uchar lie,uchar *p)* 功能