51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、SiliconGeneral公司、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国内整流器的发展国内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研究的主要内容及设计成果的应用价值4.1研究的主要内容52本次毕业设计的主要内容是研究单相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=36V±0.1V。（2）当Us=24V，Io在0.2A～2.0A范围内变化时，负载调整率SI≦0.5%。（3）当Io=2A，Us在20V～30V范围内变化时，电压调整率SU≦0.5%。（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2.5A±0.2A。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53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。543.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，...
