摘 要 本系统可达到在输入交流电压
关键词 电气论文下载,AC-DC变换,功率因数测量(PFC),BOOST-BUCK变换,STM32,单片机,UCC28019
1方案设计与论证
1.1AC-DC整流电路方案论证
整流电路选择有源整流电路。利用理想二极管桥控制器LT4320驱动四个N沟道的MOS管从而将交流电转化为直流电。该方案功率损耗小，且可对整流器件的通断进行控制。
1.2功率因数测量方案论证
功率因数测量采用相位差测量法。利用电压、电流互感器分别对电压、电流信号进行提取，经过比较器整形后，通过相位差测量出电压、电流的相位差，再通过一个余弦计算就可以得到功率因数。公式P=Scos�a，Q=(Q表示无功功率)还可以计算出有功功率、无功功率等值。该方法易于操作，而且通过等精度测相法，可以达到很高的测相精度且可以更好地保持电路的完整性。
2总体设计方案
综合整体考虑，本系统可分为六个部分：AC-DC变换部分、功率因数测量部分、功率因数调节部分(PFC)、Buck降压部分、数据采集部分、显示部分。
整体系统流程为隔离变压器将输入的220V交流市电转换为24V交流电，经经整流电路将24V交流电转换为24V直流电。通过基于UCC28019的 BOOST电路升压至43VDC，此过程中可完成功率因数调节。再经由BUCK电路降压至目标的36VDC。此后对电流采样，转换为电压并经AD转换后输入单片机判断是否需要开启过流保护。对功率因数的测量则是在对输入的24V交流电进行电压及电流的采样，通过测量相位来达到。
3电路设计方案
3.1功率因数校正控制及升压电路设计
功率因数校正控制环节围绕UCC28019为核心设计外围电路，根据TI公司官网上的设计软件设计得到如图外围参数。该电路除了可进行功率因数测量及矫正外，还可将经整流电路整流后的24VDC升压为43VDC。
3.2稳压控制电路
利用BUCK电路，将PFC控制电路中BOOST部分输出的43V电压降为36V，使用带自反馈功能的驱动芯片通过硬件实现稳压。
3.3功率因数测量电路设计
功率因数测量电路采用比较器整形后测相的方法实现。首先利用电压互感器和电流互感器利用过零比较对变压器副边的交流电压，再利用具有隔离控制特点的ACS712电流传感器芯片对电流进行检测并输出电压。
3.4过载保护单元电路设计
该保护电路控制主要由单片机完成，若单片机检测到输出电流不在制定范围内(2.5��2A)时，单片机就会输出控制信号给继电器，控制继电器中线圈工作，切断电源，达到过流保护的目。电流恢复正常后继电器自动恢复为闭合状态。
4软件设计
单片机初始化后，TIM8输入捕获，通过测量电压，电流通过芯片SN74HC86N后的占空比计算功率因数。过流保护部分为采集电流值后判断电流值是否大于2.5A，如果大于则系统停止工作，维持电流采集，当电流小于2.5A时系统自动恢复工作。信息均通过12864液晶显示屏显示。
5系统测试
5.1测试条件
功率因数的测量通过单向电参数测量仪进行测量。
过流保护功能的实现则通过调小负载电阻使电流达到2.5A，检测继电器是否跳断。
测试仪器：Agilent 34401 A 六位半电数字万用表
Ainuo AN8721P 单相电参数测量仪
5.2 测试结果
经多次测量取平均值后，输出电压Uo=35.99V;平均负载调整率SI=0.252%;
平均电压调整率SU=0.235%;交流输入侧功率因数为0.993>0.98，变化范围不大于0.03;AC-DC变换电路效率为83%。同时当输出电流>2.5A时，系统停止工作，并可自动恢复。
5.3测试结果分析
通过对测试数据的分析发现，由于系统采用数字闭环反馈调节，经过实时采样，可使负载调整率和电压调整率达到很高的稳定度。基于后级Buck主拓扑结构的特点，采用闭环反馈，能够很好控制输出电压，动态响应良好。功率因数由于采用UCC28019电流跟踪电压式调节，使输入的电压、电流相位差很小，理论上功率因数可高达99%。但由于PFC中一些参数不够精准，电感会产生一些噪声，从而影响到电流电压的波形。由于前级PFC效率的影响和后级buck效率的叠加，使之总效率有所降低。在系统效率方面还应完善。
系统还可以进行PFC功率因数调节等一些附加功能改进。
参考文献
[1] 黄根春，周立青，张望先.全国大学生电子设计竞赛教程.电子工业出版社，2012.
[2] 周志敏，纪爱华.零起点学开关电源设计.电子工业出版社，2013.
