单相AC?DC变换电路设计及试验

　　摘要：该单相AC?DC变换电路以有源功率因数控制器UCC28019为核心，STM32F103做主控芯片，采用主控芯片片上DAC调节UCC28019电压误差放大器反馈端，控制输出电压稳定输出;设计功率因数测量电路、输出保护电路、功率因数调整电路等电路模块。经测试，系统输入电压为24 V时，输出2 A电流时可稳定输出36 V电压，负载调整率为0.02%，电压调整率为0.028%，功率因数测量最大误差为0.02，过流保护动作电流为2.54 A，交流输入侧功率因数校正后最高达99.9%，转换效率达96.7%，功率因数在0.8～1.0稳定可调。
　　关键词： AC?DC变换; 功率因数校正; UCC28019; 拓扑结构
　　中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）24?0138?04
　　Design and test of single?phase AC?DC conversion circuit
　　XUE Xiu?yun， SONG Shu?ran， L? Yong?qing， ZHENG Yi?sheng
　　（College of Engineering， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， China）
　　Abstract： With controller chip STM32F103， active Power Factor Controller UCC28019 as a core of the system， the voltage error amplifier feedback of the UCC28019 is adjusted by means of on?chip DAC in STM32F103 to achieve a stable output vol?
　　tage. The power factor measurement circuit， output protection circuit， power factor adjustment circuit were designed. Test results show that when input voltage is 24 V and output current is 2 A， the system can output 36 V voltage stably， its load regulation rate is 0.02%， voltage regulation rate is 0.028%， the maximum error of power factor measurement is 0.02， overcurrent protection operating current is 2.54 A， conversion efficiency is 96.7%， power factor is adjustable from 0.8 to 1.0 stable.
　　Keywords： AC?DC conversion; power factor correction; UCC28019; topology
　　0 引言
　　程控恒流电源在仪器仪表中有着广泛的应用，如，测试领域中组成自动测量仪器，给各类传感器恒流供电以对过程变量进行检测等[1?3]，是模拟系统中广泛使用的一种单元电路或测试平台，在实际工程中也有广泛的用途，是电导测量、开关电源、功放等场合不可替代的检测设备[4]。随着电子技术的发展，恒流源已经广泛地应用在各个领域中。
　　电源技术的发展进一步推动了测量技术的发展，仪器仪表的性能要求速度更快、灵敏度更高、稳定性更好、样品量更少、遥感遥测更远距、使用更方便、成本更低廉、无污染等，同时也为仪器仪表科技与产业的发展提供了强大的推动力，并成了仪器仪表进一步发展的物质、知识和技术基础。由于双积分式积分器对积分及元件时钟频率的精度要求不高，且能得到较高的测量精度，因而在数字电压表以及多种电子仪器中得到了广泛应用[5?7]。本文将介绍一种利用单片机PID算法实现闭环控制的程控电源电路，可产生1～20 A的恒流输出，和0～5 V的恒压输出，同时可通过串口输入或按键输入设定恒流/恒压模式的切换和设定相应的值，电路中采取了双斜积分进行实时测量。
　　1 理论分析与计算
　　1.1 功率因数测量
　　在交流电路中，电压与电流之间的相位差（Φ）的余弦值叫做功率因数，通过检测输入侧的交流电压的零相位时间点[t1]和交流电流的零相位时间点[t2]，由公式[cos ωt1-t2]，即可得出功率因数，并通过单片机用LCD屏显示。使用交流电流互感器及交流电压互感器可准确地隔离获取交流电压及电流信号，将电压、电流信号调整后经过零比较器即可得到具有相位差的电压、电流方波信号，使用STM32F103信号捕获功能可准确捕获并计算出电压信号与电流信号之间的相位差，即可准确测量输入交流侧功率因数。
　　1.2 提高效率的方法
　　（1）为提高电路电能转换效率，本系统使用LT4320与4个N沟道场效应管IRF3205组成交流同步整流桥，IRF3205导通电阻Rds仅为0.008 Ω，电流2 A时单管导通功耗仅为0.032 W，相对于二极管整流桥整流，使用N沟道场效应管同步整流效率提高了76%以上。