探讨2014年全国电子设计大赛A题论文2014年全国电子设计大赛本科组A题论文.doc

　　探讨2014年全国电子设计大赛A题论文2014年全国电子设计大赛本科组A题论文 探讨2014年全国电子设计大赛A题论文2014年全国电子设计大赛本科组A题论文 导读：设计报告：参赛学校：北京邮电大学2014年8月31日摘要：本系统由四个模块组成：整流滤波电路，DC-DC电路，PFC控制电路和数据采集电路。DC-DC电路部分为Boost电路，通过控制开关管通断的占空比来达到控制输出电压的目的。PFC电路以UCC28019为核心。UCC28019是专用的功率因数校正控制芯片，能以极小的谐 2014 年全国电子设计大赛 单相 AC-DC 变换电路（A 题） 设计报告 ： 参赛学校： 北京邮电大学 2014 年 8 月 31 日 摘要： 本系统由四个模块组成： 整流滤波电路， DC-DC 电路， PFC 控制电路和数据采集电路。 DC-DC 电路部分为 Boost 电路，通过控制开关管通断的占空比来达到控制输出电压的目的。 PFC 电路以 UCC28019 为核心。 UCC28019 是专用的功率因数校正控制芯片，能以极小的谐波 失真获得接近单位功率因数的水平。 该芯片通过双闭环完成控制功率因数，内环为电流环， 外环为电压环。 数据检测部分以单片机 C8051f020 为核心，通过片内 AD 采样输出电压和电 流，通过相位差测量法测量功率因数。 另外单片机还能控制继电器完成过流保护的功能。 本 设计具有输出电压稳定，电压和负载调整率小，高功率因数和高 AC-DC 转换效率的特点。 关键词：Boost 电路；PFC 控制；UCC28019；C8051f020 一、方案设计与论证1 方案的比较与选择 通过初步分析，我们认为要实现电路要求的功能，可以将电路整体进行划分，各模块功 能如下图所示： 隔离 变压器 BOOST 电路电压反馈 ~220V 整流输入电压 负载 PFC 控制 功率因数 检测 单片机 过流保护 液晶显示 电压电流 检测 2 方案的描述与论证 下面就电路的主要模块：整流模块，BOOST 升压电路，PFC 控制电路，检测电路以及过 流保护电路模块进行方案选择与论证。 （1）整流方案比较： 方案一： 由于整流电路结构比较简单， 所以可以采用二极管和电容搭建出模拟的全波整 流桥，但是一般来说这样的电路效率不高，所以不采用。 方案二：采用集成整流桥，配合铝电解电容进行滤波。 这种方案有比较成熟的芯片技术 为基础，更加简单可靠。 （2）BOOST 升压电路与 PFC 控制模块： BOOST 基本的结构如下： 使用通过控制 S1 的开合的占空比， 可以调节电路的输出电压。 这里采用脉宽调制技术 （P） 进行控制。 方案一：采用 FPGA 实现 通过对后级反馈回的信号采样计算，纯软件计算调整 P 波的占空比等控制参数， 这样可以简化电路，减少功耗，降低材料和装配的成本，而且可减小干扰，但是程序设计复 杂，限于本组知识和能力的限制，不选用该方案。 方案二：采用集成芯片实现 经查询资料， 发现 TI 公司的功率因数校正芯片 UCC28019 可以很好地满足要求， 该芯片 采用平均电流模式对功率因数进行校正，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。 而且芯片应用简单，保护功能强大，驱动能力强，调试简单，由 UCC28019 组成的 PFC 电路,只调节一个放大器的补偿X络即可。 因此，此方案相对来说简单 3 4 5 探讨2014年全国电子设计大赛A题论文2014年全国电子设计大赛本科组A题论文 导读：，从而提高了功率因数。补偿电容器容量计算提高功率因数所需补偿电容器的无功功率的容量，可根据负载有功功率的大小，负载原有的功率因数cos1及提高后的功率因数cos2来决定，其计算方法如下：设有功功率为P，无电容器12345 易行，而且实验结果证明该方案完全达到题目的要求。 （3）功率因数检测： 电路的功率因数PF = γcos ，其中为输入电压和输入电流的相位差，γ为输入电流失 真系数，当γ为定值，测出相位差再经过余弦运算即可得到 PF。 方案一：波形分析法 首先分别对电压和电流进行采样， 得到各自离散的采样序列， 然后进行离散傅里叶变换 （DFT 变换） 。 再分别根据 DFT 变换后得到的电压、电流的实部和虚部。 计算出各自的基波 初相1 、2 。 根据电路理论，电压与电流的相位差θ = | |，功率因数为cos 。 这种方 法从基本理论出发，采样速率较高时比较准确，但是需要大量软件资源，在这里来说没有必 要。 所以不采用此方案。 方案二：过零鉴相法 将提取的的正弦电压电流信号经过放大整形后成为方波信号,其前后沿对应于正弦信号 的正向过零点和负向过零点,将两个方波信号分