发布时间 : 星期日 文章单相AC-DC变换电路更新完毕开始阅读60a70b3f1711cc7931b716f2
单相AC-DC变换电路
摘要： 本系统是一高功率因数单相AC-DC变换电路，以C8051F020为控制核心，
采用非隔离式Boost电路作为主电路，同时采用有源PFC集成控制芯片UCC28019产生PWM波形，进行闭环反馈控制，从而将功率因素提高到98%以上，且能够根据设定自动调整功率因数。在一定条件下，本系统AC-DC变换电路效率不低于85%，电压调整率与负载调整率均小于1%。此外，本系统还具有输出2.5A过流保护功能。本系统基本满足了的基本要求和扩展要求，所设计的系统是一个理想的单相AC-DC变换电路。
关键词： AC-DC变换电路，C8051F020，有源PFC，UCC28019
一、方案论证
1.1方案1
为了提高电路的功率因数，可以附加无源滤波器。在整流器和滤波电容之间
接入一个滤波电感L，增加输入端交流电流的导电宽度，减缓电流冲击，减小波形畸变，从而减小电流的谐波成分，达到提高功率因数的目的。
1.2方案2
有源功率因数校正简称PFC，控制输入电流呈正弦波变化，且与输入电压之间的相位差尽可能接近为0，即功率因数接近为1。UCC28019是一款8引脚的连续导电模式（CCM）控制器，能以极小的谐波失真获得接近单位功率因数的水平，非常适用于低成本的PFC应用。该器件具有宽泛的通用输入范围，适用于100W至2KW以上的功率因数变换器。有源功率因数校正控制器UCC28019使用Boost拓补结构，工作于电流连续导电模式。欠压锁定期间的启动电流低于200uA。该芯片不需要检测电网电压，利用平均电流控制模式可以实现输入电流较低的波形畸变，大大减少了元器件数量。该控制器具有许多系统级的保护功能，主要包括峰值电流限制，软过电流保护，开环检测，输入掉电保护，输出过压、欠压保护，过载保护，软启动等。
1.3方案论证与选定
方案一：无源功率因数校正电路一般最高只能达到0.9的功率因数，无法满足题目所要求的0.98的功率因数条件。
方案二：UCC28019为有源功率因数校正芯片，该芯片采用平均电流模式对功率因数进行校正，该芯片不需要检测电网电压，利用平均电流控制模式可以实现输入电流较低的波形畸变，大大减少了元器件数量，使输入电流的跟踪误差产生的畸变小于1%，实现了接近于1的功率因数。简单的外围电路网络非常便于对电压环和电流环进行灵活的补偿设计，该芯片满足题目要求。 综上所述，我们选择方案二。
二、理论分析与计算
2.1提高效率方法
（1）整流管我们选用IN5822，其导通压降小，正常工作时所需功率低，可以较好的减少功率损耗。
（2）我们选择管压降较小的IRF3710MOS管，其正常工作时开关损耗较小，可以有效降低功率损耗。
（3）电感我们选择用两个铁芯进行缠绕，可有效避免其磁路饱和而发热，这样可以有效降低功率损耗。
2.2功率因数调整方法
UCC28019为有源功率因数校正芯片，该芯片采用平均电流模式对功率因数进行校正，能以极小的谐波失真获得接近单位功率因数的水平，非常适用于低成本的PFC应用。该校正芯片的控制方式优点有：（1）恒频控制。（2）工作在电感电流连续状态，开关管电流有效值小、EMI滤波器体积小。（3）能抑制开关噪声。（4）输入电流波形失真小。从而使输入电流的跟踪误差产生的畸变小于1%，实现了接近于1的功率因数，满足题目要求。
1
2.3稳压控制方法
UCC28019为有源功率因数校正芯片，该芯片引脚六为输出电压检测引脚。Boost PFC变换器的直流输出电压经过电阻分压器采样后接入该引脚。当该引脚电压超过参考电压的105%时，输出过压保护（OVP）动作并关闭GATE输出。当电网或负载的波动导致该引脚电压低于参考电压的95%时，增强动态响应（EDR）迅速将输出电压调整为正常调制电压，从而达到稳压控制的目的。
2.4主电路参数计算
输出电压Uo?36V，电流Io?2A，输入电压最小值Ui(min)?20V，设系统效率为0.95，功率因数为0.99。
因此输入电流有效值为
Ii?36?2?3.83A
20?0.95?0.99峰值电流
Ipeak?2?Ii?5.42A
纹波电流
Irippk??Irippk?Ipeak?20%?5.42?1.08A
最大纹波电压
Urippk(max)??Urippk?Ui_rectified(min)?6%?(2?Ui(min))?0.06?2?20?1.70V 因此输入滤波电容为
C?Irippk8?fsw?Urippk(max)?1.08?1.22?F
8?65k?1.70实际滤波电容取值为2.2?F。 电感峰值电流为
II_peak?Ipeak?Irippk2?5.42?1.08?5.96A 2电感感值
L(min)?Uo?D(1?D)36?0.5?0.5??128.21??
fsw?Irippk65k?1.08实际电感取值为250??。
三、电路设计
3.1 主回路与器件选择
整流管我们选择了过流能力较大的6A10，续流二极管我们选用了管压降较小
2
的IN5822，开关管我们选择了性能较好的IRF3710，同时我们选用了UCC28019来调整电路的功率因数。
主回路如下电路图：
图3.1.1主回路电路图
3.2 控制电路与控制程序
UCC28019的引脚3为电感电流检测引脚，通过外部电流检测电阻提供电压输入，反映Boost PFC变换器的瞬态电感电流，该平均电压可以消除噪声和纹波的影响。软过流保护有效地限制了平均电感电流，一旦峰值电压超过规定值，单周峰值电流限制立即关断栅极驱动输出。为了实现功率因数的调整，即能对输入与输出波形的相位差进行调整，我们在UCC28019的3引脚前串入了RC移相网络，通过单片机对整形后的输入输出波形进行检测与设定值进行比较判断后，通过单片机对数字电位器的大小进行调整，从而改变移相网络的大小，最终实现功率因数的调整，功率因数调整电路原理图如下：
图3.2.1功率因数调整电路图
3.3 保护电路
本系统需要完成过流保护，闸值电流在2.5左右，由于对电流的转换处理不方便，实际应用时常转换成电压信号来处理，所以我们在后级输出端接入一个采样
3