交流变直流变换电路综述

班级：11自动化2班姓名：王帅学号：201110320222

电力电子技术论文

交流变直流变换电路综述

基本概念

交直流转换有热电变换、电动系、静电系、电子系等方法。迄今，热电变换仍是一种误差小、灵敏度高、有较好稳定性的交直流转换方法。交流/直流(AC/DC)变换器AC-DC transfer

热电变换器由加热丝和热电偶组成，其间有云母绝缘，热电变换器原理示意图1.加热丝;2.云母片;3.热偶洪.隔离云母片; 5.冷端散热片;6.加热丝引线刃.热偶引线电流通过加热丝所产生的热量使热电偶产生热电势，大小决定于通过加热丝的电流。有效值相等的交流和直流电流在加热丝上产生的电功率相等，翰出的热电势也相等，由此可实现交直流电流的比较。热电变换器的交直流转换误差中包含有在热电转换过程中通过直流和交流电流时，由于一些物理效应(汤姆孙效应和帕尔蒂效应)的影响不同所引起的直流误差，这是因为，这些效应所引起的附加发热在通过直流时不能像通过交流时可以抵消。此外，还有高频下容性泄漏和趋肤效应所引起的高频误差，以及低频下温度波动所引起的低频误差。单元热电变换器的转换误差小于1 x 10一5，使用频率可到10MHZ;多元热电变换器的转换误差则小于1 x 10，但其频率特性较单元热点变换器的差，一般只使用在100khz以下。中国研制的具有保护热电偶的多元热电变换器在4OHZ- 15kHZ范围内交直流转换误差小于1 x 10一‘。还有一种称为薄膜型的热电变换器，是利用集成电路制造技术将加热丝和热偶都集中在一块小基片上而成的，目前有的已做到2(X)多个结。其频率特性介于单结和多结变换器之间，可使用到1 MHz以上，在100翻Hz以下不确定度也可达10一6数t级。近年来发展起来的模数转换器和采样及数据处理技术，也可看作为一种交直流转换方法，尽管准确度目前还比不上热电转换，但已经取得了很多实际应用。当模数转换器对交流信号采样测量时，得到的是交流信号的瞬时值，再按照交流量的定义，通过计算获得如有效值、平均值等特征量模数转换器一般是以直流参考电压(齐纳管)为转换标准的，因此实际上这也是一种交直流转换。为了提高转换精度，人们在提高数模转换器的性能(速率和位数)、改进采样策略和数据处理。由于方法等方面进行了有意义的工作

工作原理

单相AC-DC变换电路设计以Boost升压斩波电路为主电路，MSP430F1611单片机作为微处理器。通过检测电路，单片机控制电路，驱动电路完成对Boost

升压斩波电路实现闭环反馈控制。硬件电路包括Boost升压斩波电路拓扑、场效应管驱动电路、电压采样电路、电流采样电路、矩阵键盘、5110液晶显示模块、辅助电源供电模块、和MSP430F1611单片机最小系统控制电路。

设计以Boost升压斩波拓扑电路作为电源主电路，控制部分以MSP430F1611单片机为控制微处理器。交流20V-30V输入电压条件下Boost升压斩波电路可满

足36V 电压输出。可通过编程建立输入电压、输入电流，输出电压、输出电流信号与功率因素控制量和输出电压的控制关系，采用PID 调节输出PWM 输入到控制驱动电路使场效应管工作。整体电路设计简单，效率较高，电源扩展功能的设计更灵活。电源输出电压、电流、功率因素等参数可调节性强。方案设计框图如图1.2。

方案中电路设计简单，能实现电压稳定输出，MSP430F1611单片机作为控制处理器，通过程序算法实现输入电流对输入电压的跟随控制可实现功率因素的调整，键盘输入数据可实现功率因素的可控调节。通过软件编程外接简单控制电路可实现电路控制扩展部分

升压电感设计

电感将决定在输入侧高频纹波电流的大小，且它的值与纹波电流的大小有关。电感值由输入侧的交流电流峰值来决定。由于最大的峰值电流出现在 线电压为最小值,负载最大时,所以有：

()()min 2272 5.30320

out

L pk in A P I V ⨯⨯=== 转换器的输入线电流峰值为 4.42A ，出现在交流电压为20V 时。假如容许 2 0%的电流脉动，则有：

()0.2 1.0606L pk I A I ∆=⨯=

在升压型转换器中最大纹波电流发生在占空比为 50%时，即在升压比为2o in M V V ==电感值是由半波整流最低输出电压时的电流峰值在此电压时

的占空比D 以及开关频率所决定的，其关系式如下：

pk I 时的占空比()36260.2836

o in pk o D V V V =--==，()20in pk V =为输入电压为最低()3

0.9200.273002010in pk s D uH I L V f =⨯⨯⨯==⨯∆⨯，电路设计中电感取500uH 。 AC 输入

DC 输出 BOOST 拓扑电路 MSP430F1611单

片机控制

前馈电压、

电流信号 反馈 电压

整流电

路 5110液晶显示

矩阵键盘

电流检测

电路设计综述

AC-DC电路效率测试方法：电源输入端接入24V交流，在电源模块正常工作后，在AC输入端和DC输出端串联电流表，并联电压表。调节负载使输出电流。

U，输入电流s I，输出电压0U输出电流0I。测得示数后计算测得输入电压

s

出电路效率

1 功率因数测量模块

单片机的功率因数测量模块，利用电压、电流互感器采样稳定性，进行过零比较，得到稳定方波信号，从而得出电压电流相位差，求得功率因数。

2 整流模块

单项桥式整流电路，巧妙的利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分成两组，根据副边电压极性分别导通，将副边电压的正极性端与负载的上端相连，将副边电压的负极性端与负载的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。

3 升降压模块

SEPIC电路，该电路是开关电源六种DC/DC变换之一，该电路在一个电路中集成了升压、降压功能，充分具备了开关电源的优势。4.3.4 电压互感器采样模块：

4 电压互感器利用的是电磁感应原理，是由闭合铁芯和绕组组成，对电路电压进行采样。

5 电流互感器采样模块：

电流互感器运行情况相当于二次侧短路的变压器，电流互感器将高电流按比例转换成低电流，对电路电流采样。

6 过流保护模块

过流保护的原理是：使用较小的康铜丝电阻对电路输出电流进行采样，反馈到单片机AD，一旦过流，单片机采取保护。

7 辅助模块

由于功率因数测量及过流保护需用到单片机，所以需要一个单片机及低压供电模块。

系统硬件，软件设计和元器件选择保证了电源带负载能力和功率因数调节的可实现性，该设计方案避免复杂模拟硬件电路的设计和调试过程。通过程序用算法实现对功率因素的调节。设计系统工作稳定，各项参数基本达到电源设计要求指标。