2013全国电子设计竞赛AC-DC变换电路(A题)设计报告+++

2013年全国大学生电子设计竞赛单相AC/DC变换电路（A题）2013年9月7日II摘要本系统以Boost升压斩波电路为核心，采用PFC功率因数校正专用控制芯片UCC28019产生PWM波形，进行闭环反馈控制，从而实现稳压输出。实验结果表明：电源进线的交流电压和负载电流在比较宽的范围内变化时，电源输出直流电压能够保持较高的稳定性，电源交流输入功率因数达到89%，效率达到92%，具有良好的电压调整率和负载调整率，此外，本系统还具有输出2.5A过流保护，输出功率因数的测量与显示功能。关键词：开关电源UCC28019Boost电路功率因数校正【Abstract】ThissysteminordertoBoosttheBoostchoppercircuitasthecore,adoptsPFCcontrolchipdedicatedpowerfactorcorrectionUCC28019PWMwaveforms,theclosed-loopfeedbackcontrol,soastorealizethevoltageoutput.Theexperimentalresultsshowthatthepowersupplyintolinevoltageandloadcurrentchangesinacomparativelywidescope,canmaintainthestabilityofthehighpoweroutputdcvoltage,powersupplyacinputpowerfactorreachesmorethan89%,efficiencyof92%,hasthegoodvoltageregulationandloadregulation,Inaddition,thissystemalsohas2.5Aoutputover-currentprotection,themeasurementanddisplayofpowerfactoroftheoutput.III目录1系统方案...................................................................11.1DC／DC变换模块的论证和选择...............................................................................11.2PFC控制方案的论证和选择.......................................................................................22系统理论分析与计算.........................................................22.1电路设计的分析.................................................................................................................22.1.1主电路的分析..........................................................................................................22.1.2控制电路的分析......................................................................................................32.1.3功率因数测量电路的分析......................................................................................62.2主回路器件的选择及参数计算.........................................................................................62.3PFC控制电路参数计算.....................................................................................................93电路与程序设计............................................................103.1电路的设计.......................................................................................................................103.1.1系统总体框图........................................................................................................103.1.2主电路子系统框图与电路原理图.......................................................................113.1.3辅助电路子系统框图与电路原理图...................................................................123.1.4辅助电源................................................................................................................123.2程序的设计.......................................................................................................................133.2.1程序功能描述与设计思路....................................................................................133.2.2程序流程图............................................................................................................134测试方案与测试结果........................................................144.1测试方案...........................................................................................................................144.2测试条件与仪器..............................................................................................................154.3测试结果及分析..............................................................................................................154.3.1测试结果(数据).....................................................................................................154.3.2测试分析与结论....................................................................................................16附录1：电路原理图..........................................................17附录2：源程序...............................................错误!未定义书签。1单相AC/DC变换电路（A题）1系统方案1.1DC／DC变换模块的论证和选择方案一：Buck型拓扑结构变换器：该方案可在隔离变压器输出端进行三倍压整流，再将直流电压通过Buck型拓扑结构进行降压变换实现。但采用Buck型变换器输入端电压偏高，驱动电路和控制电路的电源方案较麻烦，并且可靠性不高。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:8-Sep-2013SheetofFile:D:\Protel\Examples\电子兴趣小组.ddbDrawnBy:D1L1C1Vpc+-V0S+负载图1Buck电路原理图方案二：Cuk型拓扑结构变换器：它的输出电压极性与输入电压相反，但其值可以高于、等于或低于输入电压的值。其输入和输出电流都是连续的，经两个电感的补偿耦合，将输入和输出的波纹电流和电压抑制到零，但内部谐振使传递作用断续或在某些频率上削弱输入波纹抑制。在耦合电感线圈和变压器隔离的结构中，由于“开关导通”初期的冲击耦合电流会引起输出电压反向，并且也存在稳定性问题。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:5-Sep-2013SheetofFile:D:\Protel\Examples\电子兴趣小组.ddbDrawnBy:L1D1L2C2C1Vpc+-V0S图2Cuk电路原理图方案三：Boost型拓扑结构变换器：Boost升压斩波电路：拓扑结构如图3所示。开关的开通和关断受外部PWM信号控制，电感L将交替地存储和释放能量，电感L储能后使电压泵升，而电容C可将输出电压保持住，输出电压与输入电压的关系为0U=(offofftt)，通过改变PWM控制信号的占空比可以相应实现输出电压的变化。该电路采取直接直流变流的方式实现升压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高。2123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:8-Sep-2013SheetofFile:D:\Protel\Examples\电子兴趣小组.ddbDrawnBy:D1L1C1Vpc+-V0S+负载图3Boost电路原理图通过以上综合分析比较，Boost型拓扑结构变换器是DC／DC变换器的理想选择。1.2PFC控制方案的论证和选择一般功率因数校正的控制方法有模拟控制方法和数字控制方法，为此设想了以下几种控制方案：方案一：采用DSP+BOOST实现：采用纯软件调整控制参数，比如，PWM波的占空比，一般的使用数字控制可以减少元器件的数量，减少材料和装配的成本，而且可减小干扰，但限于本组知识和能力的限制，不选用该方案。方案二：采用BOOST+UC3854实现：UC3854是一种工作于平均电流的的升压型有源功率因数校正电路。它的峰值开关电流近似等于输入电流。是目前较为广泛使用的APFC电路。该方案所实现的PFC电路，要调节UC3854的电压放大器，电流放大器和乘法器。方案三：采用BOOST+UCC28019实现：UCC28019是TI公司新近推出的一种功率因数校正芯片，该芯片采用平均电流模式对功率因数进行校正，使输入电流的跟踪误差产生的畸变