全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽單相ACDC變換電路A題

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽單相ACDC變換電路A題學(xué)校統(tǒng)一編號(hào)HIT-A-003摘要IR2102，低導(dǎo)通電阻功率MOSFETIRF3205制作了一臺(tái)具有自動(dòng)穩(wěn)壓功能的AC-V)轉(zhuǎn)換。負(fù)載調(diào)整率、電壓調(diào)整率分別達(dá)到了%和%，較好地完成了基本要求。此外，給出了功率因數(shù)調(diào)整和校正的基本方法和結(jié)構(gòu)框圖。．．．選選案選．析與計(jì)．器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．據(jù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．結(jié)果分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．ACDC路(A題)【本科組】(1)在輸入交流電壓U=24V、輸出直流電流I=2A條件下，使輸出直流soo (2)當(dāng)U=24V，I在~范圍內(nèi)變化時(shí)，負(fù)載調(diào)整率S≤%。soI (3)當(dāng)I=2A，U在20V~30V范圍內(nèi)變化時(shí)，電壓調(diào)整率S≤%。osU(4)設(shè)計(jì)并制作功率因數(shù)測(cè)量電路，實(shí)現(xiàn)AC-DC變換電路輸入側(cè)功率因數(shù)(5)具有輸出過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流為±。(1)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，在U=24V，I=2A，U=36V條件下，使AC-DC變soo(2)在U=24V，I=2A，U=36V條件下，使AC-DC變換電路效率不低于soo(3)能夠根據(jù)設(shè)定自動(dòng)調(diào)整功率因數(shù)，功率因數(shù)調(diào)整范圍不小于~，穩(wěn)態(tài)(4)其他。(1)全橋整流。該電路由四個(gè)二極管以及LC濾波元件構(gòu)成。變壓器繞(2)半橋整流。該電路由兩個(gè)二極管以及LC濾波元件構(gòu)成。元件總數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，總通態(tài)損耗小。但是二極管電壓高，變壓器繞組需要中心抽本題中變壓器無(wú)中心抽頭，只能選擇方案(1)。(1)Buck-Boost型電路。既能降壓也能升壓，輸出與輸入極性相反，輸入輸出電流脈動(dòng)大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要一只開(kāi)關(guān)管。輸出空載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的(2)前級(jí)Boost，后級(jí)Buck。將升降壓的功能分成兩個(gè)模塊，使用的元器量較多，損耗也相對(duì)較大。但是這種方案有利于AC/DC變換器功率因數(shù)的(3)單級(jí)Boost電路。方案簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)方便，效率較高。但是由于任務(wù)要選擇方案(3)。在同樣的晶振頻率下，方案(2)有更高的性能和更低的功耗，因此可以降低運(yùn)行頻率以減少對(duì)電路的電磁干擾。因此選用方案(2)。選擇選擇采用硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。將一個(gè)動(dòng)作電流為的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲串聯(lián)在輸出(1)以過(guò)零點(diǎn)相位比較法為代表的直接測(cè)量法。其主要依靠硬件裝置來(lái)確度難以保證。其測(cè)量框圖如圖2。(2)以諧波分析法為代表的軟件檢測(cè)分析方法。其根據(jù)諧波分析得到的供監(jiān)控的依據(jù)。功率因數(shù)調(diào)整(PFC)方案選擇(1)無(wú)源PFC方案。采用無(wú)源元件來(lái)改善輸入功率因數(shù)，減小電流諧波，以滿(mǎn)足要求，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，但體積龐大、笨重，而且調(diào)整后的功率因數(shù)只能(2)有源PFC方案。在橋式整流器與輸出電容濾波器之間加入一個(gè)功率變換電路，具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，可以達(dá)到較高的功率因數(shù)(通常可達(dá)以上)，但成本也相對(duì)較高。具體實(shí)現(xiàn)方法有以下幾種：整。通過(guò)軟件調(diào)整控制參數(shù)，使系統(tǒng)調(diào)試方便，減少了元器件的數(shù)量以及材路。使用專(zhuān)用IC芯片，無(wú)須編程，簡(jiǎn)單直接；但是以上三種方案只有方案(2a)可實(shí)現(xiàn)發(fā)揮部分“能夠根據(jù)設(shè)定自動(dòng)調(diào)整功短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)難度較大。變壓器整流電路Boost電路電阻負(fù)載ACAC-DC全橋整流濾波MCU內(nèi)部的PWM控制器論分析與計(jì)算(1)降低開(kāi)關(guān)頻率。開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高，開(kāi)關(guān)管的損耗將會(huì)很大；開(kāi)關(guān)頻率過(guò)低，可能在運(yùn)行中造成噪聲干擾和輸出電壓紋波的增加。本設(shè)計(jì)中將開(kāi)關(guān)頻(2)使用低導(dǎo)通電阻的開(kāi)關(guān)管。本設(shè)計(jì)采用采用N溝道功率MOSFETIRF3205作為開(kāi)關(guān)管(導(dǎo)通電阻8mΩ)。(3)輸入整流橋的損耗在低電壓、大電流輸出時(shí)，可占開(kāi)關(guān)電源總功耗(4)采用正向?qū)妷旱?、反向恢?fù)時(shí)間極短的肖特基二極管。本設(shè)計(jì)中(5)輸出鋁電解濾波電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)應(yīng)盡量低。功率因數(shù)調(diào)整(PFC)方法oooo最佳的利用供電電流使電網(wǎng)電流失真減到根據(jù)電感電流連續(xù)工作模式(CCM)下Boost型電路輸出電壓、輸入電壓1=i=i可得其輸出電壓可以通過(guò)PWM控制信號(hào)的占空比D來(lái)調(diào)整。但如果電路工作在電感電流斷續(xù)模式(DCM)下，則輸出與輸入的關(guān)系為=1+√1+22S=2i≥ (1?)≥s2s電壓小于36-eV，則提高占空比(e為設(shè)定的輸出電壓誤差閾值)。oo電容TU2C=(3~5，R=dRLPLd流3A)，能很好地滿(mǎn)足題目的要求。對(duì)電壓采樣信號(hào)的處理以及穩(wěn)壓功能。其中單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生占空比可調(diào)的鍵盤(pán)鍵盤(pán)單片機(jī)定時(shí)器ADCLCDACV控電路和單片機(jī)供電15V為運(yùn)放和驅(qū)動(dòng)芯片提供電源，之后外加一個(gè)自制的輔助電源模塊(DC15V-DC5V)給單片機(jī)供電。自制模塊采用降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源控制器LM2576，kHz的振蕩器，電壓轉(zhuǎn)換效率高(可達(dá)77%到88%)，輸出電壓的誤差范圍小(最大4%)，負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力大(最大3A)。本設(shè)計(jì)中選用LM2576-12為集成對(duì)主回路的影響，提高采樣精度。開(kāi)始開(kāi)始系統(tǒng)初始化電壓值N輸出電壓大于36V？減少PWM波占空比YRIGOLDM3051RIGOLDS1102ESUINGSS25波器源IIASAO++VAC-DCVAC-DCL~L~(1)輸出穩(wěn)壓測(cè)試so保持其他條件不變，在輸入交流電壓=24V、輸出直流電流=so序號(hào)直流輸出電壓/V123(2)負(fù)載調(diào)整率測(cè)試soso序序號(hào)直流輸出電流/A直流輸出電壓/V12345(3)電壓調(diào)整率測(cè)試保持其他條件不變，當(dāng)s直流輸出電壓要求(5)。序序號(hào)交流輸入電壓/V直流輸出電壓/V120225330(4)過(guò)流保護(hù)功能測(cè)試(見(jiàn)表4)序號(hào)序號(hào)動(dòng)作電流123(5)AC-DC變換電路效率測(cè)試(見(jiàn)表5)(1)輸出穩(wěn)壓測(cè)試結(jié)果分析oo滿(mǎn)足要求(1)。(2)負(fù)載調(diào)整率測(cè)試結(jié)果分析在測(cè)試條件下，根據(jù)負(fù)載調(diào)整率的計(jì)算公式，可以得到I=|o2o1|×100%=×100%=2.7%(3)電壓調(diào)整率測(cè)試結(jié)果分析在測(cè)試條件下，根據(jù)電壓調(diào)整率的計(jì)算公式，可以得到(4)過(guò)流保護(hù)功能測(cè)試結(jié)果分析在測(cè)試條件下，系統(tǒng)具有過(guò)流保護(hù)功能，且三次測(cè)試的動(dòng)作電流滿(mǎn)足基本(6)AC-DC變換電路效率測(cè)試結(jié)果分析的發(fā)熱量較高，可能是由于電感為手工繞制，缺少繞線工具造成電感線圈有較參考文獻(xiàn)M：北京理工大學(xué)出版社，20120MM北計(jì)量技術(shù).NameDescriptionDesignatorQuantityValue11400uHBridge1FullWaveDiodeBridge1HighConductanceFastDiode1N-ChannelMOSFET1CapPolPolarizedCapacitorC3,C42CapCapacitorC1,C22MBRMBRltDiode1edCapacitor3edCapacitor21210K,100K1edCapacitor1edCapacitor1MBR11LM576-5V1stalDisplay1Atmega16MinSystemIncluding8Mcrystal1/******************************************************************************/Name電子設(shè)計(jì)電源題功能：穩(wěn)壓，電路保護(hù)功能Designedby組Date:2013/9/521:09/*開(kāi)發(fā)環(huán)境:ICCAVR/******************************************************************************/#include<>#include<>#include""defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineGet_Bit(val,bitn)(val&(1<<(bitn)))intaddatauintrec;ucharflag=1;A"};uchartemp1[]={"Voltage:.V"},temp2[]={"Current:.A"},temp3[]={"DUTYCYCLE:%"};floattempfloattempfloatuinttemp1int=0,temp2int=0;voidportinitvoid){PORTA0xf8;//f8DDRA=0x07;PORTB0x00;DDRB=0xFF;PORTC=0xFF;//m103outputonlyDDRC=0x00;PORTD0x8F;DDRD=0x70;}TIMERinitialize-prescale:1WGM:5)PWM8bitfast,TOP=0x00FFdesiredvalueactualvalue%)idtimerinitvoid{TCCRBx0;//stopTCNTHxFF//setupTCNTLx01;OCRAHx;Fer}數(shù)*/s{foriixmsi{for(j=0;j<1140;j++);}}voiddelay(uintx){oriixi}//按下按鍵后待處理的程序voidkey_sol(void)//液晶界面{keyflagdInitWriteChar(1,0,16,cont1);WriteChar(2,0,16,cont2);WriteNum(2,0,ASCII[num1]);WriteNum(2,2,ASCII[num2]);writecom(0x0f);//開(kāi)光標(biāo)顯示xcflag{D{ymskey_flag=key_flag+1;while(!(Get_Bit(PIND,PD0)));//等待按鍵松開(kāi)yms}flag{case1://調(diào)節(jié)電流NUM1/if(Get_Bit(PIND,PD1)==0){numflag1;ymsum{um}WriteNum(2,0,ASCII[num1]);writecom(0xc0);while(!(Get_Bit(PIND,PD1)));//等待按鍵松開(kāi)ms}{numflag1;yms{}WriteNum(2,0,ASCII[num1]);writecom(0xc0);while(!(Get_Bit(PIND,PD7)));//等待按鍵松開(kāi)}akcase2://調(diào)節(jié)電流NUM2writecom(0xc2);/if(Get_Bit(PIND,PD1)==0){num_flag=1;ymsum{um}WriteNum(2,2,ASCII[num2]);writecom(0xc2);while(!(Get_Bit(PIND,PD1)));//等待按鍵松開(kāi)ms}{numflag1;yms{}WriteNum(2,2,ASCII[num2]);writecom(0xc2);while(!(Get_Bit(PIND,PD7)));//等待按鍵松開(kāi)}keyflagakeyflag}}}#pragmainterrupt_handlerint0_isr:iv_INT0voidint0_isr(void){delay_ms(10);keysol;while!(Get_Bit(PIND,PD2)));//等待按鍵松開(kāi)eyflagInit}voidinitdevicesvoid{//stoperrantinterruptsuntilsetupCLI();//disableallinterruptsportinit);nitMCUCR=0x02;GICR0x40;TIMSK=0x00;//timerinterruptsourcesSEI//re-enableinterrupts//allperipheralsarenowinitialized}uintAD_GetData(uintad_input){ADCSRA&=0x0f;returnADC;}正*/{while(1){switch(delay_flag){case0:case1:if(temp1int<vol_exp){OCRAL=OCR1AL+3;yflag}volexp{OCR1AL=OCR1AL-3;yflag}ak{OCRAL=OCR1AL+1;}volexp{OCR1AL=OCR1AL-1;}ms}t{OCR1AL=2;delay_ms(20);{ymsvolexp{gPORTD&=0xbf;//打開(kāi)繼電器}}}if((temp2int>(num1*100+num2*10))&&(OCR1AL>150)){err_flag=1;err_sol();}}}voiderr_sol(){ucharcont4[]={"Caution:ucharcont5[]={"Voltage>36Vswitch(err_flag){PORTDPD6);//關(guān)閉繼電器ntntwhile(!flag);//等待菜單按鍵按下case1:PORTDPD6);//關(guān)閉繼電器LcdInit();WriteChar(1,0,14,cont3