AC-DC电源
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降压型PWM AC-DC开关电源课程设计电气工程与自动化系自动化专业指导老师:路纲组员:B12040810 张浩轩B12040811 袁和礼B12040812 闫永超B12040829 刘潇洒设计摘要：本作品是是基于最常用的AC-DC-DC升降压电路实现了从交流到直流的高效率转换功能，通过这个系统，实现了用工频交流电降压之后达到24V,然后通过整流滤波以及降压稳压电路，实现了输出电压达到36V，电流达到2A。
另外，通过过流保护模块，保证了电路的安全高效运行。
最后通过功率因数测量电路，对工作电路能够高效运行提供理论保证。
单相AC-DC变换电路是十分常见的一种电路，常常用于各种充电器或驱动各种小功率电子设备，为了提高电路功率，本设计采用开关电源电路，开关电源电路是电力电子电路中的一种，被广泛应用在小功率及各种电子设备领域，顾名思义，开关电源就是电路中的电力电子器件工作在开关状态的电源，对于AC/DC电路，可以变换的主要对象是电压和电流。
在这道题目中，要求输入交流电压U s=24V、输出直流电流I o=2A 条件下，使输出直流电压U o=36V±0.1V且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。
这道题的难点功率因数的测量及校正调整电路及变换电路效率不低于95%，在于实际操作中开关电源开关电路很难达到95%，功率因数的调整也难以实现，基于以上问题采用先对输入交流电进行整流，然后通过DC/DC升降压电路进行升降压，电路设计工作分为功率因数测量及校正电路，整流电路，DC/DC升降压电路，2．方案比较与论证2．1各种方案比较与选择1，整流电路方案选择方案一：利用晶闸管和电容对输入交流电进行整流，晶闸管又称可控硅，是非常常见的元器件之一，常用于控制输入的电流，电压，晶闸管整流的优点是可控制输出电压的电压值，使得输入交流电在20到30V变化时，整流后的电压可稳定在一个固定值，以便于DC/DC进行生压。
方案二：利用快恢复二极管和电容进行整流，这是最常用的一种整流方式，输出波形稳定，D1DIODED2DIODED3DIODED4DIODEC11000uC21u晶闸管虽然可调输出电压，但是其本身太易损坏，不易控制，所以本设计采用方案二。
2，DC/DC 开关电源电路的选择方案方案一：使用常见uc3843芯片输出的pwm 波控制mos 管设计开关升压型稳压电源，UC3843 是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流至直流变换器应用而设置，具有可微调的振荡器、能进行精确的占空比控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器、电流取样比较器和大电流图腾柱式输出，是驱动功率MOSFET 的理想器件。
方案二：使用常见uc3843芯片输出的pwm 波控制mos 管设计:cuk 电路方案二虽然可自动完成升降压，能够满足题目中输入20到30V交流整流输出固定36V的要求，但是题目中要求输出2A大电流，cuk电路的负载能力不强，输出大电流时电压调整率太大，所以选择方案一。
2．2方案证论UC3843 具有可微调的振荡器、能进行精确的占空比控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器、电流取样比较器和大电流图腾柱式输出，是驱动功率MOSFET 的理想器件。
通过uc3843控制功率MOSFET的通断是的电感流处于连续，断续，临界连续三种模式，即在开关二极管VT导通区间电感L储能，在开关管截止期间终止时刚好经续流二极管VD，负载R释放完，并且通过uc3843自带的2号引脚的电压反馈使得输出电压稳定在36V，达到题目要求。
且升压型开关电源的负载能力较强可以达到题目所要求的2A电流，当Us=24V，Io 在0.2A～2.0A 范围内变化时，负载调整率SI也比较小可以满足题目要求。
U1UC3843B_DIP 8COMP 1VFB2ISENSE 3RT/CT 4GND 5OUTPUT6VCC7VREF8V112 VQ1IRF540D11N3492R21.0k5R31.0R4470k C210nFC330pF82C4100nFR510k C5100nF3976C61000uF-P OL10L118mH4C7100nFC8100uF-P OLV230 V11R1101122.3控制系统的论证与选择采用UC3843 具有可微调的振荡器、能进行精确的占空比控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器、电流取样比较器和大电流图腾柱式输出，是驱动功率MOSFET 的理想器件。
Uc3843广泛应用于电子信息设备的电源电路设计中。
根据UC3843的功能特点，结合Boost 电路拓扑结构，完全可设计成电流控制型的升压DC-DC 电路。
该电路外接元器件少，控制灵活，成本低，输出功率容易做到100W 以上，具有其他专用芯片难以实现的功能。
且此芯片输出pwm 稳定可调，外接电路简单易行，不需要单片机控制，使用方便。
2.2 Boost 电路参数的计算2.1.3稳压控制方法与电路分析稳压模块控制电路采用三段稳压集成电路IC 芯片元器件LM7812，它适用于各种电源稳压电路，输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。
将其运用在UC3843供电电路中具有电路简单、性能稳定等特点。
稳压控制方法采用UC3843反馈控制的方法，简单可靠且易于实现。
2.2.1 电感值计算根据题目要求，Uo=36V,而输入到直流母线上的电压Uin=32V ，取R=20欧姆，Ts=1/f ，f=25KHZ ，当D 取1/3时，由公式可求得：L≥RTs(1-D)/2由上式可知，要使系统电流工作在连续状态，电感值应该在530uH 以上，本系统选择的电感值为1mH 2.2.2电容值得计算电容的大小决定负载电压的波动程度，因此负载的电压波动可作为选择电容的依据。
在MOS 管导通期间，导通时间为αT ，负载电流靠电容放电得以维持。
设在整个MOS 管导通期间内电压变化ΔU ，并假设负载电流I 在此期间恒定，则电容电压亦即负载电压下降了T I CU α1=∆根据上式可确定电容的数值，ΔU 与I 和α 均有关，考虑在最严重的情况下仍能保证电压的波动符合要求，电容的容量应满足UT I C omaz ∆≥max α上式中，omaz I 为输出电流的最大值。
通过估算，电容的取值为1000μF 。
2.2.3 MOS 管型号的选择MOS 管依据本设计的各种要求选择耐压值为100V 的IRF540，IRF540具有普遍通用性且价格低廉，易于购买。
2.3.2效率的分析与计算开关电源的功耗包括由半导体开关、磁性元件和布线等的寄生电阻所产生的固定损耗以及进行开关操作时的开关损耗。
对于固定损耗，由于它主要取决于元件自身的特性，因此需要通过元件技术的改进来予以抑制。
可以采用以下几种方法降低损耗提高效率。
一：低功耗元器件的选取。
系统总的损耗中还包括各种元件的功耗。
只要在元件选取时注意采用低功耗器件，则这一部分损耗对系统效率的影响可以减小到最小。
由于主回路控制器件MOS 管工作时流过的电流比较大，所以选取导通电阻比较小的MOS 管将有利于降低损耗。
二：在低电压大电流的场合通过改善同步整流电路的方法来减少固定损耗。
三：利用转换器的并联结构来减少固定损耗。
在 Boost 变换电路中，MOS 管的开关损耗不可忽视，主要表现为：关断过程电流下降的延迟和电压的过快上升，从而形成电压电流的交叠 ，产生很大的功率损耗。
适当降低的电路工作频率可以降低MOS 管的开关损耗，因此应在允许的频率范围内选择较低的频率，可以提高系统效率。
合适的开关频率大致处于20KHz 与60KHz 之间，本系统选取开关频率为35KHz 。
MOS 管的开通关断损耗与开关频率成正比，适当降低开关频率有助于降低系统功耗。
tf I V dt t i t v T P S S S Tsd ds SSW∆=⋅=⎰31)()(1其中Ts 为开关周期，fs 为开关频率，Vs 为MOS 管关断期间加在它两端的电压，Is 为晶体管导通期间流过的电流。
3.3保护电路方案一；利用uc3843自带的过流保护，uc3843的3号引脚具有电路反馈和过流保护的功能，当3号引脚的点位高于1V的时候，uc3843自动关断，PWM波的输出，实现电流保护。
方案二继电器是一种电子控制器件，具有控制系统和被控制系统，运用于控制电路中设计过流保护电路能起到安全保护的作用。
由于方案1难以控制，而且精度不够精确，本设计采用方案2。
.系统调试测试条件与仪器测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。
测试仪器：数字式电参数测量仪，高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。
由于系统对电路效率有一定的要求，所以需要测量输入端输出端电压、电流，方便检测支路电流，需要对支路电流进行检测。
根据电路的示意图，从电路中各点引出接线端子，电压测量可以直接在被测点两端并联，用来检测并记录分析供电系统各个指标。
图 12根据电路图，现在电路的直流输出端上接上一个可调的滑动变阻负载，通过负载的变化，改变电流的大小，需要的测量工具有，万能表，自耦变压器，示波器，以及电压电流自动显示仪。
通过对电路的测试，基本达到了基本要求的前两步，当交流电压输出为12v 时，调节负载，实现输出端电流为5A，但是，电压的下降有点大，并没有完全达到题目的要求，此时的电压大概为12.5V左右。
第二部分，要求变压器输出电压为12V，当负载端的电流为5A时，电压的变化范围为10.5~20.5V之间，负载调整率大于要求的0.5%对于第三部分调节变压器使输出直流电压达到12V，虽然满足了电流的5A 大小，但是电压并不能稳定在一定的范围，因此电压负载调整率达不到预期的不大于0.5%。
测试分析与结论由于本设计仅采用了一个BOOST电路，所以当输入电压达到36V以上时，无法进行调节，难以满足题目中当I o=2A，U s 在20V～30V 范围内变化时，电压调整率SU ≤ 0.5%。
由于功率因数的测量与校正调整难以实现，所以本设计难以实现题目上述功率因数要求。
附录1主电路图U1UC3843B_DIP8COMP 1VFB2ISENSE 3RT/CT 4GND 5OUTPUT6VCC7VREF8V112 VQ1IRF540D11N3492R21.0k5R31.0R4470k C210nFC330pF82C4100nFR510k C5100nF3976C61000uF-P OL10L118mH4C7100nFC8100uF-P OLV230 V11R110112过流保护元件清单UC3843电阻470k 20k 10k 2k 1k 10 康锰同电阻丝 0.5采样电阻 电容 103 104 1uf 1000uf 30pf 电位器 2k数字继电器电感 15mH11。
