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1、单相AC-DC变换电路设计学 生：指导教师：（三峡大学 电气与新能源学院）1课题来源本课题为单相AC-DC变换电路设计研究课题，课题来源于大学生电子大赛课题，具有工程背景。2 研究的目的和意义近几年来，随着电子技术和制造工艺的不断发展和电源技术的日益成熟，人们对电源的转换效率提出了越来越高的要求。在电气领域中，开关电源占据着举足轻重的位置，高效率是未来电源发展的必然趋势1。传统的AC-DC 变换电路由于要通过高频变压器来实现电压变换，很难将效率提高到更高的层次，也很难降低电源的纹波。本系统所设计的高效率的单相AC-DC变换电路2，可以输出恒定的36V 直流电压，在额定输出电流为2A 时，可实现
2、高达90%以上的电源转换效率。高效率、低纹波的电源转换不仅可以提供更加可靠的供电系统，同时也可以带来非常可观的经济效益3。3发展趋势3.1国外整流器的发展自20世纪50年代，美国宇航局以小型化轻量化为目标而为搭载火箭开发首个开关电源以来，在半个多世纪的发展中，开关电源逐步取代了传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子整机设备中。随着集成电路的发展，开关电源逐渐向集成化方向发展，趋于小型化和模块化。近20年来，集成开关电源沿两个方向发展，第一个方向是对开关电源的控制电路实现集成化。1977年国外首先研制成调制（PWM）控制器集成电路，美国Motorla公司、Silicon General公司
3、、Unitrode公司等相继推出一系列PWM芯片。近年来，国外研制出开关频率达1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二个方向是实现中、小功率开关电源单片集成化。3.2国整流器的发展国在功率换流领域方面的研究起步较晚，与先进的工业国家相比尚有较大的差距4。因此，进行高性能的PWM整流器的研究开发工作，并尽快产品化具有重大意义。4 研究的主要容及设计成果的应用价值4.1 研究的主要容本次毕业设计的主要容是研究单相AC-DC变换电路设计。要提出一种AC-DC电源控制电路思路，重点设计基准电路、电压控制电路、误差放大电路、振荡器电路等5。然后针对各模块要实现的功能来设计具体的模块电路，并用相应软件对各模
4、块进行仿真验证8，使其达到设计要求。4.1.1设计要求设计并制作如图 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（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=36V0.1V。（2）当 Us=24V，Io 在 0.2A2.0A 围变化时，负载调整率 SI0.5%。（3）当 Io=2A，Us 在 20V30V 围变化时，电压调整率 SU0.5%。（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。（5）具有输出过流保护功能，动作电流为 2.5A0.2
5、A。4.1.2方案论证1整流滤波模块（1）方案一：半波整流电路。半波整流电路简单，易于理解，如图所示。但是半波整流会浪费一半的波形，效率和稳定性不好。（2）方案二：全桥整流电路。全桥整流电路是通过四个二极管组成桥式整流电路，利用二极管的单向导电性整流6。在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图10.02(b)。桥式整流电路效率较半波整流高，稳定性好，实验电路选择方案二作为整流方案。2升压模块（1）方案一：采用经典boost升压电路7。如图所示。方案一电路简单，成本低，但是控制起来困难，控制精度低，实现起来较为复杂，不易调试。（2）方案二：采用
6、集成电路芯片LM2587作为核心芯片9 10，加上适当的外围元件作为主电路12，电路如图所示。方案二成本较高，但是集成芯片LM2587功能强大，频率高，实现起来较为简单，效率高。通过外围单路能够调节升压电路的输出值，控制起来较为简单，且精度极高。升压电路最终选择方案二作为主电路。3.过流保护（1）方案一：采用主电路串联保险丝的方法进行过流保护。此方法看似简单，但是实际操作中发现部分保险丝质量不是很好，动作时间较慢，容易出现误保护，不保护的情况。且更换保险丝较为麻烦，顾不采用此方案。（2）方案二：采用单片机控制继电器的方法实现电路的过流保护15。让单片机的AD口采总路电流，当电流超过2.5A时，
7、控制继电器切断电路。方案二用单片机控制，精度较高，可调性好，断电保护后根据需要可以很快恢复供电，使用方便。过流保护电路采用方案二作为主电路。4.2应用价值在设计的整个过程中，需要查阅大量相关文献和专业书籍，做出的成果还需上交学院老师反复审查与修改，所得结果有一定的参考性；同时会结合现实实际情况做出一些相对应的解决方案，故其中的设计流程及相关的考虑因素也是值得借鉴的。研究过程中的学习方法和经验也是值得借鉴的。5工作的主要阶段、进度（1）2015年秋季学期第12周前（2015年11月20日前) 接受毕业设计任务书，学习毕业设计（论文）要求及有关规定。阅读指定的参考文 献(包括5-10万个印刷符号与
8、课题或本专业相关的外文资料)。（2）2015年秋季学期第20周前（2016年1月15日前） 上交开题报告、外文翻译，指导教师批阅。（3）2016年春季学期第9周前（2016年5月1日前） 提交毕业设计中期报告（4）2016年春季学期第12周前（2016年5月22日前） 完成毕业设计，全部成果交指导教师批阅。（5）2016年春季学期第14周前（2016年6月3-5日） 毕业答辩。6最终目标及完成时间通过本次设计能圆满完成毕业设计的各项要求，并且能够顺利通过答辩；较好的储备单相AC-DC变换电路设计的相关理论知识及设计经验；提交完整的毕业论文及相应的实验数据与表格。完成时间：第14周 7现有条件及
9、必须采取的措施现有电力电子仿真软件，可以完成单相AC-DC变换电路设计。在设计中必须采取波形仿真措施来证明软件的有效性。8协助单位及要解决的主要问题 本课题的完成应解决模型的搭建以及软件的仿真等技术问题，同时，需要得到电气与新能源学院电力电子系的大力支持和帮助。参 考 文 献1 雨，一种高功率因数单相AC-DC变换器，科技与创新，2014年14期2 清华大学电子学教研组编.模拟电子技术基础M.: 高等教育,2006.3 王兆安,黄俊.电力电子技术M.:机械工业,2000.4 永东,王剑. PWM整流器的现状与展望. 清华大学电机系5 明利涛. 单相AC-DC变换电路设计.电子世界,2014(9
10、):124.6 王保民,车军. 升压型开关电源的研究与设计J. 仪表技术,2008,12:73-75.7 梁启文. 一款DC-DC升压开关电源的设计J. 自动化技术与应用,2008,04:123-125.8 邢玉秀,唐宏昊,程达. 一种数字可调的升压型开关电源的设计与实现J. 国外电子元器件,2008,09:59-61.9 海瑞. 一种低输入DC-DC升压型开关电源的设计D.科技大学,2011.10 闫之峰,马晓军,亮. 升压电源软开关电路仿真研究J. 装甲兵工程学院学报,2006,04:60-63+67.11 靳丽,戴永军,惺,钱耀国. 基于UCC2808的推挽式升压型开关电源设计J. 电源世界,2013,02:21-24. 7 马 键, 王 青，袁建华. 基于可调功率因数的单相 AC-DC 变换电路设计，自动化技术与应用。2014 年第 33 卷第 9 期12 何此昂，周渡海，变压器与电感器设计方法及应用实例,人民邮电,2011年 2 月13 麦克斯韦，戈革，电磁通论，大学，2010年 1月14 何晓帆，琼，丽，实用电源电路与充电电路图集，中国电力，2009年15 周志敏，便携式电子设备充电器实用电路与电源管理，中国电力，2009年1月
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