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
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 UCC28019 Boost电路 功率因数校正
【Abstract】
This system in order 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 in 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 measurement and display of power factor of the output.
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目录
1系统方案1
1.1DC／DC变换模块的论证和选择1 1.2PFC控制方案的论证和选择2 2系统理论分析与计算2
2.1电路设计的分析2
2.1.1主电路的分析2 2.1.2控制电路的分析3
2.1.3功率因数测量电路的分析6 2.2主回路器件的选择及参数计算6 2.3 PFC控制电路参数计算9 3电路与程序设计10
3.1电路的设计10
3.1.1系统总体框图10
3.1.2 主电路子系统框图与电路原理图11 3.1.3 辅助电路子系统框图与电路原理图12 3.1.4辅助电源12 3.2程序的设计13
3.2.1程序功能描述与设计思路13 3.2.2程序流程图13
4测试方案与测试结果14
4.1测试方案14
4.2 测试条件与仪器15 4.3 测试结果及分析15
4.3.1测试结果(数据)15 4.3.2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。
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单相AC/DC变换电路（A题） 1系统方案 1.1 DC／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。 L1S+D1Vpc+C1V0-负载 图1 Buck 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。234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。 L1C2L2D1VpcS+C1V0-?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U0=(toff?toff)，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。 1 / 21 234 L1D1+VpcS+C1V0-负载 图3 Boost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。 1.2 PFC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小于1％，实现了接近于l的功率因数。UCC28019组成的PFC电路,只调节一个放大器的补偿网络即可。 比较三种方案，发现方案三，设计步骤减少了好几步，相对来说简单易行，而且实验结果证明该方案完全达到题目的要求。综上所述，选用方案三。 22系统理论分析与计算 342.1电路设计的分析
本文设计了一个直流输出电压为36V、电流2A的高功率因数开关电源，其交流输入电压为24V，该电路包括主电路，控制电路，测量电路和保护电路四部分。从输入的交流电220V 开始，经过隔离变压器调压成交流电24V后送入全桥整流电路进行整流，再经过高频滤波电容后送给主电路，主电路为Boost 电路，由PFC 芯片UCC28019 控制开关管导通关断，经过Boost电路升压后电压变为36V。控制电路和测量电路包括PFC控制电路和单片机测量控制电路，PFC控制电路由专用PFC芯片组成，单片机测量控制电路主要是输出侧通过电阻分压并用电压、电流传感器进行采集比较送至单片机进行功率因数测量显示。保护电路是PFC芯片的过压和过流保护。 2.1.1主电路的分析
Boost变换电路由Q1、电感L1、二极管D1和输出电容C0组成，原理图如图4所示：
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全国电子设计竞赛ACDC变换电路（A题）设计报告
