2013全国电赛A题标准格式电子版论文讲解.doc

2013年全国大学生电子设计竞赛 AC-DC 变换电路（题） 【组】 20年9月日1.设计任务 5 2.设计要求 5 2.1基本要求 5 2.2发挥部分 5 3.设计方案评定与选择 6 方案一： 6 方案二： 6 方案三： 6 4.单元模块设计 7 4.1 AC/DC电源模块 7 4.2 Boost升压模块 7 4.2.1Boost升压结构特性分析 7 4.2.2 样机电路设计 9 4.2.3储能电感L 10 4.2.4 输出电压取样电阻R1、R2 11 4.2.5 开关S 11 4.2.6 输出二极管D和输出电容器C2 11 4.2.7 外补偿网络 11 4.2.8 斜坡补偿 12 4.3 功率因数校正模块 14 4.4 功率因数测量模块 14 4.5 电路保护模块 15 4.6 89C54单片机控制模块 15 4.7 LCD液晶显示模块 15 4.7.1液晶显示原理 15 4.7.2引脚功能说明 16 4.7.3 1602液晶模块的指令（说明：1为高电平、0为低电平） 16 4.8 直流电源供电模块 17 5.程序设计 17 6.系统调试与分析 18 6.1测试仪器： 18 6.2 硬件调试 18 6.3 软件调试 18 6.4 软硬联调 19 6.5结果分析（系统对题目完成情况） 19 7．结束语 19 参考文献： 19 附录一：控制电路 20 附录二：源程序 20 单相AC-DC 变换电路（题）【组】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。 图1 单相AC-DC 变换电路原理框图 2.设计要求 2.1.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±0.1V。 （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。 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 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 3.设计方案评定与选择 89C52单片机控制模块、LCD液晶显示模块、按键控制模块、直流电源供电模块组成。在本设计中，核心采用PFC校正技术，因此重点对PFC控制方案的选取进行论证。 方案一：使用PWM斩波后利用高频变压器隔离升压的方案。该方案电路原理简单，所需元器件少，方便焊接。但由于高频变压器的加工设计等问题，改进难度大，使用受到限制，而且其电压需要高频整流滤波，电压毛刺较大，精度低，所以不用该方案。 方案二：选用TI公司的UC3854。UC3854封装引脚多，从而导致应用电路复杂，线路之间的干扰较大，因此产品的噪声较大。对焊接工艺要求较高，而且调试电路的难度较大。UC3854 组成的PFC 电路还需要调节电压放大器电流、放大器和乘法器。 方案三：采用带PFC的Boost型DC—DC升压器。该电路有专用的控制芯片，容易实现，电路结构简单，同时采用PFC功率因数校正技术，功耗低，输出电压范围宽。输出电压波形中毛刺也比方案一要小。选用TI公司的UCC28019。UCC28019交流输入市电电流总谐波畸变率低，功率校正因数高，抗干扰能力强，封装引脚较少，PFC控制部分电路相对简单。只需调节一个放大器的补偿网络即可, 高压起动源直接接在高压输入端，光耦直接接到IC 的端子，不再处理放大器的补偿，前沿消隐做在IC 内部，IC 外部只有电流取样。这样的做法使设计的步骤减少了。 综合比较，选择方案三。 方案流程图如图2所示 图2 方案流程图 4.单元模块设计 4.1 AC/DC电源模块 自耦变压器是输出和输入共用一组线圈的特殊变压器。通过改变初、次级的线圈匝数比的关系来改变初、次级线圈端电压，实现电压的变换。由于初级和次级线圈直接相连，致使会有跨级漏电的危险。 隔离变压器是一种1/1的变压器，它的输出端跟输入端是完全“断路”隔离的，这样就有效的对变压器的输入端起到了一个良好的过滤作用，从而给用电设备提供了纯净的电源电压。 由于MOSFET管工作时频繁的开关，因此对电路的干扰较大，在整流电路前加入EMI滤波电路，从而达到降低噪声的作用。设计中还加入了压敏电阻VAR1,当电路中回路电流过大时，压敏电阻VAR1闭合保险丝