AC-DC(开关型)电源变换器的设计
交流-直流(ACDC)变换器
VD导通阶段结束。这时电容上的电压值为
U
C0
2U
2
sin( )
2U
2
sin
RC放电曲线，如图2-34c）所示。其电压表达式为
1
uC uR U
C0
e
RC
(t
)
在电源电压的第二个周期中，当 u
2
再次上升到等于 u C
时， ，这时有
VD将再次导通，设 u 2 u C
2. 数学表达式
不计换流时
U
do
( )
m
U
m
sin
m
m
Um
2U 2U
2 2
Ud0m
0.9U2 1.17U2 2.34U2
cos U
dom
cos
单相桥式 三相半波 三相桥式
2 3 6
计及Lc换流及内阻影响时
U d ( ) U ( ) ( m sin
6 U2
m
（二）有源逆变条件
直流侧必须有直流电源EB（如：大电感或电势负载），电势极性必须和变换器 允许电流流动方向一致。
变换器为可输出负压的全控整流桥。(半控桥或带有续流二极管的全控整流桥无 法得到负电压就不可能有源逆变。）
调节α>90°，且使1-Ud1略小于EB（EB小于变换器能够产生的直流最大负压值 （三相桥式为2.34U ）
电路图
（交流侧电感Lc的影响）
VT5与VT1换流时的等效电路
换流对整流电路的影响
交流电感上的电压； 对输出电压的影响； 对元件电流变化率的影响； 元件电压的特点。
5. 有源逆变电路
AC-DC-DC电源(100V)设计
仿真后 、 、 的示波器波形如图3-2：
图3-2交流侧不串接电感的波形图
图3-2示波器图形从上到下依次为交流侧A向电流 、整流桥输出电流 、负载R的电压 和电流 ,从示波器的图形中发现交流侧的A相电流 和整流输出电流 波形前沿陡峭，电流不连续，瞬时冲击电流的强度很大，达到几百安培，很容易对电力电子器件和电路的稳定工作造成冲击，使电子器件损坏、击穿或者是造成电路无法稳定运行，但是三相整流后输出的电压 的波形为周期性的锯齿波，整流输出电压的平均值和理论值 = 2.45 接近一致，电压电流的纹波系数小于0.03 ，能为Buck斩波电流提供很好的直流电源。但锯齿波的电压电流不如正弦波，含有较多的谐波分量，实际应用中对公用电网会产生危害和可能造成电力电子装置的噪声、过热等情况。
4.3
从图4-2至4-3中可看出，开环系统运行稳定后的纹波电压约为1.5V，纹波系数为0.5%；电流稳定后的纹波约为0.015A，纹波系数为0.45%。
从图4-5至4-6中可看出，闭环系统运行稳定后的纹波电压约为0.4V，纹波系数为0.13%；电流稳定后的纹波约为0.002A，纹波系数为0.06%。
3.1.3
为了避免交流侧的冲击电流，在电源侧串接电感，三相整流桥电路结构如图3-3所示：
图3-3交流侧串接电感的三相整流电路图
3.1.4
仿真后 、 、 的示波器波形如图3-4所示
图3-4交流侧串接电感的波形图
交流侧三相输入串联上适当大小的电感后，从示波器的图形中发现交流侧的A相电流 和整流输出电流 波形较为平缓，电流保持连续，没有出现瞬时冲击电流，并且电流的峰值在10A左右，不会对电力电子器件和电路的稳定工作造成较大冲击，这是因为电感起到了缓冲瞬时冲击电流的作用。并且三相整流后输出的电压 的波形为平稳的接近正弦的包络线，和锯齿波相比，谐波分量和无功损耗大大减少。
灯箱的高频AC／DC变换器设计
灯 箱 的 高 频 》
ｌＩ 最＾ｃ电。 、３ ｏ压 ０ ａ 一 大压脚表变 结件一方换 ｍ Ｒ 且 自 ？ Ｌ ｝ Ｒ 群 Ｃ７的一 镇测 示限 Ｄ管最发 开８所法 ９ 。制 ＯＶ 高现 束量 通 限 过器 通数 Ｑ Ｍ 制 的设 流据 ＰＤ 语如 器ｍ 时表 脚ｐ Ｖ ｃ ０ 电 间 并 Ｐ Ｍ 气 联 。 ｘ 特 稳
原理 如图一所示。
流 向Ｃ Ｕ 。由于 Ｍ Ｆ 高频工作，Ｃ Ｕ ＢＳ ＰＣ Ｂ Ｓ电压被充到一个特定
的电压。Ｉ ２ ６ 通过连续检测直流母线 电压和相 应的调节 Ｒ１ ６
Ｍ Ｆ 的开通时间，将电压调整到一个固定的值 Ｉ ＰＣ 。直流电
压上升，开通时问减小，直流电压下降，开通时间增加。 这
流，实现的控 制方法 是工作于临界导通模式 （Ｃ ）的升压 ＣＭ 型变换器 『 Ｉ 】 ，即在 Ｍ Ｆ 的每个开关周期，电路一直等待到电 ＰＣ 感 ＬＦ ＰＣ电流放电到零时，才再次开通 ＭＦ 。ｂ Ｆ 的开关频 ＰＣ Ｉ Ｃ Ｐ 率 （ ＩＫＩ）远大于电网频率 （０ ６ １ Ｆ ＞ＯＩ Ｚ ５ ０Ｉ ｏ ＰＣ电路的工作 Ｚ
小 、功 率 因 数高 等 优 点。
关键 词 ： 流 器： Ｍ 干 扰： 率 因数 镇 ＥＩ 功
中图分类号 ：Ｔ ４ Ｍ
文献标识码 ：Ｂ
文章编号 ：１ ７ —４ ９ 一 ２ ０ ） １ ０ ８ — ２ １ ７ ２ （０ ７ ｌ — ０ ０ ０ ６
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｔ ｅ ｖ ｅ ｆ ｅ ｉ ｔ ｎ ｉ ｕ ｔ ｏ ｆ ｔ ｅ ｄ ａ ｂ ｃ ｆ ｃ ｍ ｉ ｉ ｇ ａ ｄ ｍ ｋ ｎ ｓ ｆ ｃ ｍ ｏ ｂ ｌ ａ ｔ ｓｒ ｃ： ｎ ｈ ｉ ｗ ｏ ｘ ｓ ｉ ｇ ｓ ｔ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｒ ｗ ａ ｋ ｏ ｏ ｂ ｎ ｎ ｎ ａ ｉ ｇ ｕ ｅ ｏ ｏ ｍ ｎ ａ ｌ ｓ
第6章DC-AC变换技术
由于D2、D3(或D1、D4)续流，电压形成一个与导通期间伏秒积相等的负(正)的面积。如果Q1和Q4（Q2和Q3）导通时间超过Ts/4，波形导通时间变化的影响。由此可见，全桥逆变器在感性负载时不宜采用双极性控制方式。 vAB的有效值和瞬时值为： ——为输出电压角频率。 当n=1时，其基波分量的有效值为： 显然当电源电压和负载不变时，其输出功率是半桥电路的4倍。
图6-6 逆变器输出瞬时电压和电流曲线
图6-7 四象限工作情况
图6-8 反并联二极管
3 、逆变器波形指标 实际逆变器的输出波形总是偏离理想的正弦波形，含有谐波成分，为了评价输出波形的品质质量，从电压角度引入下述几个参数指标： 1）谐波因子（Harmonic Factor） 第n次谐波因子HFn定义为第n次谐波分量有效值同基波分量有效之值比，即 2）总谐波（畸变）因子THD (Total harmonic distortion factor) 该参数表征了一个实际波形同基波分量的接近程度。输出为理想正弦波的THD为零。 3）畸变因子（Distortion factor） 总谐波因子指示了总的谐波合量，但它并不能告诉我们每一个谐波分量的影响程度，畸变因子定义： 对于第次谐波的畸变因子定义如下：
图6-13 方波逆变器输出频谱
因此，我们得出方波逆变器输出的频谱图，如图6-13所示，并有以下结论： （1）方波逆变器输出的方波谐波幅度随着n的增加而减小，其减小系数为1/n； (2)偶次谐波不存在； (3)最低次谐波为3次谐波； (4)由于基波和谐波频率差较小，低通滤波器设计相当困难。 图6-14为方波的各次谐波时域图。
图6-12 全桥电路移相控制方式的工作过程
3傅立叶级数、方波逆变器输出谐波 1)傅立叶级数 傅立叶级数是研究和分析波形形状的工具。为了分析方便，把傅立叶级数的基本定义、概念叙述如下。 在实际问题中，除了正弦函数外，还会遇到许多非正弦的周期函数，为了研究非正弦的周期函数，将周期函数展开成由三角函数组成的级数，即将周期为 的周期函数用一系列三角函数 之和来表示： 其中 都是常数。
开关电源设计
一个比较好的解决方案是：以轻巧的高频变压器取代笨重的工频变压器，采用脉冲调制技术的直流--直流变换器型稳压电源，即我们马上就要讲到的开关电源。
开关电源具有管耗小、效率高、稳压范围宽及体积小、重量轻等优点，目前已在各种电子仪器和设备、航空和宇宙飞行器、发射机、电子计算机、通讯设备和电视机、录放像机等中得到了广泛应用。
开关电源按变换方式可分为以下四大类：1、AC/DC 开关电源2、DC/DC 开关电源3、DC/AC 逆变器4、AC/AC 变频器目前只将前面两类称为开关电源，将后面两类分别称为逆变器和变频器。
开关电源按应用方式可分为以下三大类：1、外置电源与设备分开放置的电源模块或电源系统，如：---通信用一次电源模块和系统---电力操作电源模块和系统---手机电池充电器---笔记本电脑的Adapter---各类手提设备、便携设备的电池充电器等等2、内置电源放在设备内部的电源模块或电源系统，如：---计算机内部的SilverBox和VRM---家电(如：普通电视机、等离子电视机、液晶电视机)内部的供电电源---工业控制设备内部的电源---仪器中使用的电源---通信设备内部的电源模块和系统---复印机、传真机、打印机等的内部电源等等3、板上电源放在设备内单板上的电源模块，如：---标准砖类电源(全砖、半砖、1/4砖、1/8砖)---非隔离POL(Point of Load 负载点)变换器---VRM(V oltage regulator module电压调节模块)和VRD(V oltage regulator down)---小功率SMD电源---SIP和DIP电源等等开发一个开关电源产品所需要的基本技能：1、认识组成开关电源的所有元器件2、掌握各种元器件的电气性能和电路符号3、会自己制作各种磁芯元件4、会正确装配电源中的各个部分5、了解电源各项指标的意义并掌握如何测试的方法6、会使用仪器对装配后的电源进行正确的调试，优化和折中7、会对获得的实验结果进行分析，并进行总结8、会从不同渠道不断地学习电源知识并能够和别人交流开发一个开关电源产品所需要的专业理论知识：1、有源PFC的拓扑分析，控制与设计2、DC/DC功率变换器的拓扑与稳态分析3、开关电源的功率级参数设计4、开关电源的控制与动态分析5、开关电源的小信号分析与设计6、开关电源的大信号分析与设计7、开关电源的EMI分析与设计8、开关电源的热分析与设计9、开关电源的容差分析与设计10、开关电源的各种保护技术11、开关电源的同步整流技术12、开关电源的模块均流控制技术有些技术很成熟了，只要查表或者使用现成电路或专用芯片就可以做好。
单相AC-DC变换电路设计报告
反向端输入电压大于同向端锯齿波电压才能有输出。工作时，65K 的定时脉冲进 入 RS 寄存器， 与其他各路控制信号共同决定 GATE 端输出的驱动脉冲驱动 MOSFET 开关管工作。从而实现升压 PFC。 电路中的输入电容选择由公式 CIN
I RIPPLE 得出，其中 I RIPPLE 为纹波电 8 f SW VIN _ RIPPLE (max)
图 2-2 LM511 引脚图 输出电压计算公式为 Vout Vref (1
R1 ) R2
第三章 软件系统设计 系统选用的主控制器是 STM32F103RBT6 单片机，软件设计包括主程序和 A/D 采样中断程序、功率因数计算子程序、过流保护子程序、OLED 子程序五部分。 3.1 主程序 主程序程序包含功率因数计算子程序、过流保护子程序、OLED 子程序。中 断采样程序不断采集电压、 电流。 主程序运行功率因数计算子程序得出有效电压、 电流、功率因数。接着，运行过流保护子程序对电流进行判断，大于 2.5A 时关 闭系统。最后运行 OLED 显示程序，显示电压、电流及功率因数。 3.2 A/D 采样子程序 使用 STM32 内部 AD 对前级进行电压与电流的采集。 3.3 功率因数计算子程序 将采集到的电压、电流数据进行处理，计算出功率因数。 3.4 过流保护子程序 根据 A/D 采样程序判断当输出大于 90w 时即为电流大于 2.5A，将对应 IO 拉 高关闭 BUCK 电路。 3.5 OLED 显示子程序。
第一章 方案论证 1.1 总体方案论证 UCC28019 芯片校正功率因素采用 Boost 拓扑，输入与输出具有一定的压差 则会具有良好的功率因素调整效果， 同时题目要求输入交流电压在 20-30V 调节， 这时候如果 UCC28019PFC 模块单纯的把电压升至 36V 则在交流电压大于 25.5V 左右时芯片不正常工作。因此该方案先将电压升至 50V 以取得可观的输入输出 压差。再通过一级 Buck 降压电路实现 36V 稳定的电压输出。为力求达到 95%的 电源效率，该方案放弃了整流桥整流方案而采用同步整流设计，采用整流桥方案 则有约 2VF _ BRIDGE
ACDC电源变换电路
辽宁科技大学毕业设计（论文）第I页AC/DC电源变换电路摘要随着电力电子技术的发展，电源技术被广泛应用于计算机、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济各行各业。
特别是近年来，随着IGBT的广泛应用，开关电源向更大功率方向发展。
研制各种各样的大功率，高性能的开关电源成为趋势。
本文设计的电源系统要求输入电压为AC220V，输出电压为DC38V，输出电流为100A，输出电压低纹波，功率因数>0.9，必要时多台电源可以直接并联使用，并联时的负载不均衡度<5％。
设计采用了AC/DC/AC/DC变换方案。
一次整流后的直流电压，经过有源功率因数校正环节以提高系统的功率因数，再经半桥变换电路逆变后，由高频变压器隔离降压，最后整流输出直流电压。
系统的主要环节有DC/DC电路、功率因数校正电路、PWM控制电路、均流电路和保护电路等。
本设计主要目的是完成一种38V/100A可直接并联的大功率AC/DC的变换器，主要采用了有源功率因数校正技术以实现系统的高功率因数。
DC/DC主电路采用电流型PWM芯片UC3846控制的半桥变换器，并提出了一种新的IGBT驱动电路。
为了满足电源直接并联运行的需要，设计了以均流芯片UC3907为核心的均流电路。
关键词大功率；半桥变换器；功率因数校正；均流；AC/DC辽宁科技大学毕业设计（论文）第II页AbstractWith the development of power electronics technology, power technology has been widely used in computers, industrial instrumentation, military, aerospace and other fields related to the national economy all walks of life. Especially in recent years, with the extensive application of IGBT, switching power supply to more high-power development. Development of a wide range of high-power, high-performance switching power supply into the trend. An input voltage power supply system requirements for AC220V, the output voltage for DC38V, output current of 100 A, low output voltage ripple, power factor> 0.9, if necessary, multiple use of power can be directly parallel, the parallel uneven load of <5%.Designed with the AC / DC / AC / DC transformation programme. After a rectification of DC voltage, the APFC links to improve the power factor, and then transform the half-bridge inverter circuits, high-frequency transformer isolation from the buck, the last DC rectifier output voltage. The main part of a DC / DC circuit, power factor correction circuit, PWM control circuit, both flow circuit and the protection of circuit.The main objective is to complete the design of a 38 V/100A directly parallel the high-power AC / DC converter, the main use of the active power factor correction technology to achieve the high power factor. DC / DC main circuit chips using current-mode PWM UC3846 control of the half-bridge converters, and proposed a new IGBT driver circuit. In order to meet the power needs of direct parallel operation was designed to flow both chip UC3907 are at the core of the current circuit.Keywords High efficiency; Half bridge converter; Power factor adjustment; Flows;AC/DC辽宁科技大学毕业设计（论文）第III页目录摘要 (I)Abstract·································································································I I第1章单片机概论 (1)1.1 单片机——微控制器嵌入式应用的概念 (1)1.2 单片机的特点 (2)1.3 单片机的应用领域 (5)1.4 单片机的历史与发展 (6)第2章有源功率因数校正 (9)2.1 功率因数校正方法分类 (9)2.1.1 按有源功率因数校正拓扑分类 (9)2.1.2 按输入电流的控制原理分类 (9)2.2 功率因数校正环节的设计 (10)第3章DC/DC主电路及控制部分分析 (12)3.1 DC/DC主电路拓扑 (12)3.2 PWM电路 (13)3.2.1 PWM电路 (13)3.2.2 PWM技术应用 (13)3.3 IGBT的驱动 (14)3.3.1 IGBT栅极特性 (14)3.3.2 正向导通特性 (20)3.3.3 动态特性 (20)3.3.4 IGBT的保护功能 (21)3.4 均流环节设计 (22)3.5 保护电路设计 (23)第4章分电路波形及所需重要元器件 (25)4.1 各部分电路波形 (25)辽宁科技大学毕业设计（论文）第IV页4.2 所需重要元件 (26)4.2.1 二极管 (26)4.2.2 三极管 (27)4.2.3 电容 (29)4.2.4 电阻 (30)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录 (35)辽宁科技大学毕业设计（论文）第1页第1章单片机概论科技的进步需要技术不断的提升。
2013全国电子设计竞赛AC-DC变换电路(A题)设计报告+++资料
2013年全国大学生电子设计竞赛单相AC/DC变换电路（A题）2013年9月7日摘要本系统以Boost升压斩波电路为核心，采用PFC功率因数校正专用控制芯片UCC28019产生PWM波形，进行闭环反馈控制，从而实现稳压输出。
实验结果表明：电源进线的交流电压和负载电流在比较宽的范围内变化时，电源输出直流电压能够保持较高的稳定性，电源交流输入功率因数达到89%，效率达到92%，具有良好的电压调整率和负载调整率，此外，本系统还具有输出2.5A过流保护，输出功率因数的测量与显示功能。
关键词：开关电源UCC28019 Boost电路功率因数校正【Abstract】This system in order to Boost the Boost chopper circuit as the core, adopts PFC control chip dedicated power factor correction UCC28019 PWM waveforms, the closed-loop feedback control, so as to realize the voltage output. The experimental results show that the power supply into line voltage and load current changes in a comparatively wide scope, can maintain the stability of the high power output dc voltage, power supply ac input power factor reaches more than 89%, efficiency of 92%, has the good voltage regulation and load regulation, In addition, this system also has 2.5 A output over-current protection, the measurement and display of power factor of the output.目录1系统方案 (1)1.1 DC／DC变换模块的论证和选择 (1)1.2 PFC控制方案的论证和选择 (2)2系统理论分析与计算 (2)2.1电路设计的分析 (2)2.1.1主电路的分析 (2)2.1.2控制电路的分析 (3)2.1.3功率因数测量电路的分析 (6)2.2主回路器件的选择及参数计算 (6)2.3 PFC控制电路参数计算 (9)3电路与程序设计 (10)3.1电路的设计 (10)3.1.1系统总体框图 (10)3.1.2 主电路子系统框图与电路原理图 (11)3.1.3 辅助电路子系统框图与电路原理图 (12)3.1.4辅助电源 (12)3.2程序的设计 (13)3.2.1程序功能描述与设计思路 (13)3.2.2程序流程图 (13)4测试方案与测试结果 (14)4.1测试方案 (14)4.2 测试条件与仪器 (15)4.3 测试结果及分析 (15)4.3.1测试结果(数据) (15)4.3.2测试分析与结论 (16)附录1：电路原理图 (17)附录2：源程序.............................................. 错误！未定义书签。
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AC/DC（开关型）电源变换器的设计
1 问题的提出
随着生产的发展和技术的进步，特别是各种具有整流入端的电力电子负载的广泛应用，即各种非线性的时变的负载和设备的大量涌现，电力系统中产生大量谐波并对电力系统的安全运行产生威胁。
电力系统的谐波问题和低功率因数问题，主要由各种中小负载和设备的电子电源和电力电子装置造成的，它们是最严重的污染源。
因此应采用有效的措施，降低电子电源和电力电子装置的谐波，提高功率因数。
目前绝大部分电子电源都采用如图1—1a 所示的非控二极管整流、滤波大电容和开关稳压电路结构，把AC 电源变换成DC 电源。
这种AC／DC 变换电路的输入电压虽为正弦波，但输入电流却发生了畸变，如图1 1b 所示，造成电网侧输入电流严重的非正弦化输入电流非正弦化必然导致电流总谐波失真(THD)高和功率因数(PF)低(这种AC／DC 变换器线路功率因数一般只有0．5～0．7，造成的谐波含量很高，仅3 次谐波就达6O 以上)，影响整个电力系统的电气环境及用电设备的安全经济运行。
2 有源功率因数校正(APFc)原理
提高电子电源的功率因数，抑制其电流谐波畸变，目前有无源校正和有源校正两种方案。
无源校正是在电路中串联(或并联)无源LC 谐振回路，使电路入端电流接近正弦波；有源校正是在电路中加入有源控制电路，使入端电流在一定程度上可控，从而校正电流波形，实现低谐波，高功率因数；有源校正电路比无源校正电路在效率、重量和成本等方面均有优势。
因此对中小功。