摘 要 本系統(tǒng)可達(dá)到在輸入交流電壓

關(guān)鍵詞 AC-DC變換 功率因數(shù)測(cè)量（PFC） BOOST-BUCK變換 STM32 單片機(jī) UCC28019

中圖分類號(hào)：TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1方案設(shè)計(jì)與論證

1.1AC-DC整流電路方案論證

整流電路選擇有源整流電路。利用理想二極管橋控制器LT4320驅(qū)動(dòng)四個(gè)N溝道的MOS管從而將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。該方案功率損耗小，且可對(duì)整流器件的通斷進(jìn)行控制。

1.2功率因數(shù)測(cè)量方案論證

功率因數(shù)測(cè)量采用相位差測(cè)量法。利用電壓、電流互感器分別對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行提取，經(jīng)過比較器整形后，通過相位差測(cè)量出電壓、電流的相位差，再通過一個(gè)余弦計(jì)算就可以得到功率因數(shù)。公式P=Scos€%a，Q=（Q表示無功功率）還可以計(jì)算出有功功率、無功功率等值。該方法易于操作，而且通過等精度測(cè)相法，可以達(dá)到很高的測(cè)相精度且可以更好地保持電路的完整性。

2總體設(shè)計(jì)方案

綜合整體考慮，本系統(tǒng)可分為六個(gè)部分：AC-DC變換部分、功率因數(shù)測(cè)量部分、功率因數(shù)調(diào)節(jié)部分（PFC）、Buck降壓部分、數(shù)據(jù)采集部分、顯示部分。

整體系統(tǒng)流程為隔離變壓器將輸入的220V交流市電轉(zhuǎn)換為24V交流電，經(jīng)經(jīng)整流電路將24V交流電轉(zhuǎn)換為24V直流電。通過基于UCC28019的BOOST電路升壓至43VDC，此過程中可完成功率因數(shù)調(diào)節(jié)。再經(jīng)由BUCK電路降壓至目標(biāo)的36VDC。此后對(duì)電流采樣，轉(zhuǎn)換為電壓并經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)判斷是否需要開啟過流保護(hù)。對(duì)功率因數(shù)的測(cè)量則是在對(duì)輸入的24V交流電進(jìn)行電壓及電流的采樣，通過測(cè)量相位來達(dá)到。

3電路設(shè)計(jì)方案

3.1功率因數(shù)校正控制及升壓電路設(shè)計(jì)

功率因數(shù)校正控制環(huán)節(jié)圍繞UCC28019為核心設(shè)計(jì)外圍電路，根據(jù)TI公司官網(wǎng)上的設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)得到如圖外圍參數(shù)。該電路除了可進(jìn)行功率因數(shù)測(cè)量及矯正外，還可將經(jīng)整流電路整流后的24VDC升壓為43VDC。

3.2穩(wěn)壓控制電路

利用BUCK電路，將PFC控制電路中BOOST部分輸出的43V電壓降為36V，使用帶自反饋功能的驅(qū)動(dòng)芯片通過硬件實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。

3.3功率因數(shù)測(cè)量電路設(shè)計(jì)

功率因數(shù)測(cè)量電路采用比較器整形后測(cè)相的方法實(shí)現(xiàn)。首先利用電壓互感器和電流互感器利用過零比較對(duì)變壓器副邊的交流電壓，再利用具有隔離控制特點(diǎn)的ACS712電流傳感器芯片對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)并輸出電壓。

3.4過載保護(hù)單元電路設(shè)計(jì)

該保護(hù)電路控制主要由單片機(jī)完成，若單片機(jī)檢測(cè)到輸出電流不在制定范圍內(nèi)（2.5€？.2A）時(shí)，單片機(jī)就會(huì)輸出控制信號(hào)給繼電器，控制繼電器中線圈工作，切斷電源，達(dá)到過流保護(hù)的目。電流恢復(fù)正常后繼電器自動(dòng)恢復(fù)為閉合狀態(tài)。

4軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)初始化后，TIM8輸入捕獲，通過測(cè)量電壓，電流通過芯片SN74HC86N后的占空比計(jì)算功率因數(shù)。過流保護(hù)部分為采集電流值后判斷電流值是否大于2.5A，如果大于則系統(tǒng)停止工作，維持電流采集，當(dāng)電流小于2.5A時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)工作。信息均通過12864液晶顯示屏顯示。

5系統(tǒng)測(cè)試

5.1測(cè)試條件

功率因數(shù)的測(cè)量通過單向電參數(shù)測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量。

過流保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)則通過調(diào)小負(fù)載電阻使電流達(dá)到2.5A，檢測(cè)繼電器是否跳斷。

測(cè)試儀器：Agilent 34401 A 六位半電數(shù)字萬用表

Ainuo AN8721P 單相電參數(shù)測(cè)量?jī)x

5.2 測(cè)試結(jié)果

經(jīng)多次測(cè)量取平均值后，輸出電壓Uo=35.99V；平均負(fù)載調(diào)整率SI=0.252%；

平均電壓調(diào)整率SU=0.235%；交流輸入側(cè)功率因數(shù)為0.993>0.98，變化范圍不大于0.03；AC-DC變換電路效率為83%。同時(shí)當(dāng)輸出電流>2.5A時(shí)，系統(tǒng)停止工作，并可自動(dòng)恢復(fù)。

5.3測(cè)試結(jié)果分析

通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，由于系統(tǒng)采用數(shù)字閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)，經(jīng)過實(shí)時(shí)采樣，可使負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率達(dá)到很高的穩(wěn)定度?；诤蠹?jí)Buck主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用閉環(huán)反饋，能夠很好控制輸出電壓，動(dòng)態(tài)響應(yīng)良好。功率因數(shù)由于采用UCC28019電流跟蹤電壓式調(diào)節(jié)，使輸入的電壓、電流相位差很小，理論上功率因數(shù)可高達(dá)99%。但由于PFC中一些參數(shù)不夠精準(zhǔn)，電感會(huì)產(chǎn)生一些噪聲，從而影響到電流電壓的波形。由于前級(jí)PFC效率的影響和后級(jí)buck效率的疊加，使之總效率有所降低。在系統(tǒng)效率方面還應(yīng)完善。

系統(tǒng)還可以進(jìn)行PFC功率因數(shù)調(diào)節(jié)等一些附加功能改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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