ucc28019详细计算参数要点.doc

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第三届“蓝电”杯电子设计竞赛

单相AC-DC变换电路（A题）

湖北工业大学蓝电中心

童剑李杰费恺

2014年3月6日

摘要

本设计以STM32单片机为控制器，采用了TI公司的UCC28019芯片，搭建了一个单相AC-DC变换电路。

本系统由变压器模块、AC-DC变换电路、功率因数检测电路、功率因数调整电路和电流检测电路等组成。

在实验装置的电源电路中，对电源的输出直流电压、直流电流和电源的功率因数进行了测量，并通过键盘对电源的输出直流电压进行设定。

实验结果表明，当电源的进线交流电压和负载电流，在比较宽的范围内变化的时候，电源的输出电压能够保持较高的稳定性；具有过流和过压的保护功能。

利用UCC28019功率因数校正功能，将电源装置的功率因数提高到了0.98以上，并能够将功率因数在0.8-1.0之间调整，达到了预期的目标。

关键词：

STM32单片机、UCC28019、AC-DC变换、功率因数。

目录

一蓝电杯题目..................................................................................................................................4

二方案论证与比较-------------------------------------------------------------------------------------------6

2.1PFC模块-.........................................................................................................................6

2.2单片机控制电路..............................................................................................................6

2.3显示模块...........................................................................................................................6

2.4功率因数测量电路子系统电路.......................................................................................6

2.5电路保护模块...................................................................................................................7

2.6直流电源供电模块...........................................................................................................8

三理论分析与计算-------------------------------------------------------------------------------------------9

3.1功率因数测量方法---------------------------------------------------------------------------------9

3.2提高效率的方法及实现方案 .........................................................................................9

3.3系统整体框图......-------------------------------------------------------------------------------10

四功率因数主回路---------------------------------------------------------------------------------------...10

五控制电路与程序控制............................................................................................................12

5.1程序的设计...................................................................................................................12

5.2程序的流程图.................................................................................................................12

5.3过流保护电路.................................................................................................................13

六测试方案与测试结果.............................................................................................................14

6.1测试方案........................................................................................................................14

6.2测试条件与仪器..........................................................................................................14

6.3测试结果及分析..........................................................................................................15

附录一：

高功率因数原理

附录二：

UCC28019外围电路计算

附录三：

作品实物

一蓝电杯题目

系统总框图

设计并制作如图所示的单相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。

2.1.基本要求

（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。

2.2.发挥部分

（1）实现功率因数校正，在Us=24V，Io=2A，Uo=36V条件下，使AC-DC变换电路交流输入侧功率因数不低于0.98。

（2）在Us=24V，Io=2A，Uo=36V条件下，使AC-DC变换电路效率不低于95%。

（3）能够根据设定自动调整功率因数，功率因数调整范围不小于0.80~1.00，稳态误差绝对值不大于0.03

二.方案论证与比较

2.1PFC模块

方案一：

采用无源PFC电路。

无源PFC电路不使用晶体管等有源器件，而是由二极 管、电 阻、电容和电感等无源元件组成。

采用电感补偿方法使交流输入的基

波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，但无源PFC的功率因数不是很 高， 只能达到0.7～0.8。

方案二：

采用有源PFC电路，有源PFC由电感电容及电子元器件组成，体积小， 可以达到很高的功率因数，基本可以达到98%以上，但成本要高出无源 PFC一些。

本电 路采用是UCC28019芯片。

UCC28019的VINS采集整流后的 电压，通过ISENSE 端口采集电流来跟踪采集的电压，减小失真度。

VSENSE端口 检测反馈电压，在内部进行比较，从GATE端口输出电压，来驱动MOSFET开关 管工作，而且内部具有过压过流保护功能。

该芯片具有较强功率因数矫正功能， 使用该芯片能使输入的电压、电流的信号的相位差大大减小，功率因数可以提 高到0.98以上，从而提高电路有功功率。

通过比较两种方案，方案二能够更好的实现高功率因数电路的控制要求，故 采用方案二。

2.2单片机控制电路

方案一：

采用通俗的51单片机，51单片机运用广泛，有良好的知识做基础，上手快，但是单片机内部不含ADC，电路需要外接A/D转换电路实现其功能。

方案二：

系统采用stm32f103作为控制芯片，stm32f103内部有丰富的资源，6个8位并行口其中有两个有中断功能，12位的ADC，强大的定时器，大容量的RAM和ROM。

Stm32单片机最大的特色就是超低功耗，适合低功耗的应用场合。

比较两种方案，方案二单片机系统更为强大，处理数据能力更强，所以选择方案二。

Stm32显著特点

1、ARM最新的Cortex-M3内核。

优先级抢占的中断控制器，支持中断自动嵌套，硬件完成现场保护与恢复，中断嵌套时，只需保护和恢复一次现场，即使在恢复现场的时候再次中断也不需要再次保护现场，只需6个clk的调整时间。

2、居然只需7个滤波电容就能构成最小系统

3、外设的引脚居然可以重影射

4、RAM居然可以通过位绑定技术按位来访问

5、居然装备了可编程的掉电监测器

6、居然有带电池供电的数据备份寄存器

7、芯片进入低功耗模式后可以通过“事件”唤醒，而无须执行中断子程序

8、定时器居然有前置的倍频器

9、2个12位的AD却拥有高达1M的采样速率，AD模式更是天花乱坠，传说中的注入模式……

10、GPIO刷新速率可设定，支持位的原子操作，还能锁定方向，居然还有个脚叫“入侵检测引脚”，发生“入侵”时硬件自动记录时间，只要有后备电池。

为西门子保留了单脉冲的输出功能（据说用于PLC的）……

11、原来还有一种狗叫模拟看门狗……

12、可检测PWM脉宽和频率（硬件直接支持）

13、集成电机控制和霍尔接口

14、原来还有一种狗叫窗口看门狗……过早或过晚喂狗，狗都会让系统复位

15、还集成了第三只狗，独立看门狗，这种狗比较常