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摘要 本系統(tǒng)以單相 PWM整流 電路為核心， STM32F0系列 單片機(jī)檢測(cè)功率因數(shù)及產(chǎn)生PWM波形，進(jìn)行閉環(huán)反饋控制，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。該系統(tǒng)主要由電源電路、主電路、控制電路、檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路構(gòu)成。電源電路主要由 變壓器、整流橋和濾波 電容構(gòu)成；主電路由功率管（ MOSFET）、電力 二極管、 電感和濾波電容構(gòu)成；控制電路使用HO LTEK MCU單片機(jī)，由核心控制芯片HT32（HT66）及其外圍電路構(gòu)成；驅(qū)動(dòng)電路是簡(jiǎn)單的光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路；保護(hù)電路主要包括 電流保護(hù)、 電壓保護(hù)和過熱保護(hù)。 通過以上裝置實(shí)現(xiàn)AC-DC轉(zhuǎn)換并且使功率因數(shù)達(dá)到一個(gè)較高的水平，此外，本裝置還有功率因數(shù)的檢測(cè)與顯示功能。
關(guān)鍵詞：AC-DC PWM整流電路 穩(wěn)壓 功率因數(shù)
1.電路設(shè)計(jì)分析 本項(xiàng)目采用STM32F0系列的單片機(jī)設(shè)計(jì)一種單相AC-DC 變換電路。 （1）利用單片機(jī)產(chǎn)生PWM，控制單項(xiàng)橋式整流電路的控制級(jí)，即控制MOSFET管的通斷；AD實(shí)時(shí)采集輸出電壓電流，然后采樣值與設(shè)定值比較用于控制PWM的占空比用以穩(wěn)定輸出電壓，在輸入交流電壓file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image002.gif=15V、輸出直流電流file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image004.gif=2A 條件下，使輸出直流電壓file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image006.gif=36V±0.1V。 （2）利用LM393將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波，并用單片機(jī)中斷檢測(cè)上升沿或下降沿，根據(jù)前后沿的時(shí)間計(jì)算出相位，根據(jù)相位即可計(jì)算出功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)AC-DC 變換電路輸入側(cè)功率因數(shù)的測(cè)量，測(cè)量誤差絕對(duì)值不大于0.03。 （3）利用軟件，一旦輸出電壓電流超出額定條件單片機(jī)即停止輸出PWM，具有輸出過流保護(hù)功能，動(dòng)作電流為2.5A±0.2A。 （4）利用單片機(jī)產(chǎn)生的PWM波實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，在file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image002.gif=15V，file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image004.gif=2A，file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image006.gif=36V 條件下，使AC-DC 變換電路交流輸入側(cè)功率因數(shù)不低于0.98。 （5）能夠根據(jù)設(shè)定自動(dòng)調(diào)整功率因數(shù)，功率因數(shù)調(diào)整范圍不小于0.80~1.00，穩(wěn)態(tài)誤差絕對(duì)值不大于0.03。 （6）按鍵和 LCD顯示電路充分利用單片機(jī)端口； （7）允許的情況下，通過該單片機(jī)的串口將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給上位機(jī)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。 file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image011.gif 圖1電路設(shè)計(jì)圖
2.系統(tǒng)理論分析2.1控制方法及實(shí)現(xiàn)方案 方案一：利用PWM專用芯片產(chǎn)生PWM控制信號(hào)。此法較易實(shí)現(xiàn)，工作較穩(wěn)定，滿足要求。 方案二：利用STM32F0系列的單片機(jī)產(chǎn)生PWM控制信號(hào)。讓單片機(jī)根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)PWM信號(hào)做出相應(yīng)調(diào)整以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出,這種方案實(shí)現(xiàn)起來較為靈活，能夠更為準(zhǔn)確的測(cè)量所需參數(shù)。 在這里我們選擇方案二。
2.2功率因數(shù)測(cè)量電路的分析 對(duì)于某一正弦信號(hào)，周期性地出現(xiàn)過零點(diǎn)，測(cè)出過零點(diǎn)的時(shí)間即可以測(cè)出該信號(hào)的相角。通過電壓互感器和電流互感器得到低壓交流信號(hào)，然后通過整形電路將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL方波脈沖。利用輸入兩路信號(hào)過零點(diǎn)的時(shí)間差，以及信號(hào)的頻率來計(jì)算兩路信號(hào)的相位差。其原理圖如圖1所示： file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image013.jpg 兩路信號(hào)的相位差：file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image015.gif。其中，N為兩路信號(hào)的上升沿分別觸發(fā)計(jì)數(shù)器的差值，為單file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image017.gif片機(jī)時(shí)鐘頻率，T為輸入信號(hào)的周期。 2.3功率因數(shù)測(cè)量及實(shí)現(xiàn)方案 方案一：利用求出電壓和電流的相角差來求取功率因數(shù) 主要原理如下： 設(shè)電壓信號(hào)為：u=file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image019.gifsin（file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image021.gif+θ）電流信號(hào)為：file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image023.gif=file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image025.gifsinfile:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image021.gif利用傅立葉算法來計(jì)算出50Hz的基波分量，電流、電壓的實(shí)、虛部分分別為：file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image028.gif=file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image030.gif{file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image032.giffile:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image034.gif}，file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image036.gif=file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image030.gif{file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image032.giffile:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image034.gif} file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image039.gif=file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image030.gif{file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image032.giffile:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image034.gif}，file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image041.gif=file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image030.gif{file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image032.giffile:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image034.gif} 根據(jù)電流的實(shí)、虛部的值，可以求出電壓的相對(duì)相角file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image043.gif，再考慮由于順序采樣引起的電壓相角的滯后file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image045.gif;實(shí)際的電壓，電流之間的相位差為：file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image047.gif=file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image043.gif-file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image050.gif-file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image045.gif；功率因數(shù)為file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image053.gif。 此方法求取電壓、電流各自的相位角，理論上完全考慮了系統(tǒng)的不對(duì)稱性所造成的各次諧波對(duì)測(cè)量精度的影響。但是，傅氏濾波能夠完全濾除各次諧波的條件但是卻對(duì)于無限長(zhǎng)的信號(hào)；而采用的全周傅氏濾波方法。并不能濾除高次諧波以及非周期分量。所以，無法精確測(cè)量系統(tǒng)的功率因數(shù)。
方案二：利用過零點(diǎn)測(cè)量電壓、電流之間的相角。對(duì)于某一正弦信號(hào)，周期性地出現(xiàn)過零點(diǎn)。測(cè)出過零點(diǎn)的時(shí)間即可以測(cè)出該信號(hào)的相角。由CPU對(duì)過零點(diǎn)打上時(shí)間標(biāo)簽，這個(gè)時(shí)間標(biāo)簽準(zhǔn)確到2μs，在CPU內(nèi)由時(shí)鐘建立標(biāo)準(zhǔn)50Hz的信號(hào)，并求出被測(cè)量信號(hào)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)50Hz信號(hào)的角度，這個(gè)角度為絕對(duì)角。根據(jù)下面的圖1，第j個(gè)測(cè)量點(diǎn)的過零時(shí)刻分別為file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image055.gif， file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image057.gif.則在file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image059.gif時(shí)刻相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)50Hz信號(hào)的過零時(shí)刻i*20ms的值為： file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image061.gif= file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image063.gif（file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image065.gif）相對(duì)參考點(diǎn)的角度為：file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image067.gif=file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image061.gif-file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image070.gif 其中，j表示第j個(gè)測(cè)量點(diǎn)，file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image070.gif表示file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image055.gif時(shí)刻參考點(diǎn)相對(duì)于i*20ms的角度，file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image055.gif的單位為file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image075.gif。 file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image077.jpg 圖3 相角測(cè)量原理圖 采用這種方法分別測(cè)出電壓和電流的相角，可以求出電壓超前于電流的相角。然后，即可以求出系統(tǒng)的功率因數(shù)，在單相交流電中利用單片機(jī)且容易實(shí)現(xiàn)，這里選擇方案二。 3.系統(tǒng)工作原理及結(jié)構(gòu)圖3.1單相PWM整流電路 3.1.1單相PWM整流電路結(jié)構(gòu)示意圖 目前在各個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的整流電路幾乎都是晶閘管相控整流電路或二極管整流電路。晶閘管相控整流電路的輸入電路滯后于電壓，其滯后角隨著觸發(fā)延遲角α的增大而增大，位移因數(shù)也隨之降低。同時(shí)，輸入電路中諧波分量也相當(dāng)大，因此功率因數(shù)很低。二極管整流電路雖然位移因數(shù)接近1，但輸入電流中諧波分量很大，所以功率因數(shù)也很低；而PWM整流電路是采用脈寬調(diào)制技術(shù)和全控型器件組成的整流電路，能有效地解決傳統(tǒng)整流電路存在的問題，通過對(duì)PWM整流電路進(jìn)行有效的控制，選擇合適的工作模式和工作時(shí)序，從而調(diào)節(jié)了交流側(cè)電流的大小和相位，使之接近正弦波并與電路電壓相同或相反，不但有效地控制了 電力電子裝置的諧波問題，同時(shí)也使得變流裝置獲得良好的功率因數(shù)。
file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image079.jpg 圖4單相全橋PWM整流電路
單相電壓型橋式PWM整流電路最初出現(xiàn)在交流機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)中，為間接式變頻電源提供直流中間環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)如圖所示。每個(gè)橋臂由一個(gè)全控器件和反并聯(lián)的續(xù)流二極管組成。L為交流側(cè)附加的電抗器，起平衡電壓，支撐無功功率和儲(chǔ)存能量的作用。由圖所示，能量可以通過構(gòu)成橋式整流的整流二極管file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image081.gif～file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image083.gif完成從交流側(cè)向直流側(cè)的傳遞，也可以經(jīng)全控器件file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image085.gif～file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image087.gif從直流側(cè)逆變?yōu)榻涣鳎答伣o電網(wǎng)。所以PWM整流器的能量變換是可逆的，而能量的傳遞趨勢(shì)是整流還是逆變，主要視file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image085.gif～file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image087.gif的脈寬調(diào)制方式而定。 3.1.2單相PWM整流電路工作原理 用正弦信號(hào)波和三角波相比較的方法對(duì)圖2中的file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image091.gif-file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image093.gif進(jìn)行SPWM控制，就可以在橋的交流輸入端AB產(chǎn)生一個(gè)SPWM波file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image095.gif。file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image095.gif中含有和正弦信號(hào)波同頻率且幅值成比例的基波分量，以及和三角波載波有關(guān)的頻率很高的諧波，不含有低次諧波。當(dāng)正弦信號(hào)波頻率和電源頻率相同時(shí)，file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image098.gif也為與電源頻率相同的正弦波。由于file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image100.gif的濾波作用，諧波電壓只使file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image098.gif產(chǎn)生很小的脈動(dòng)。file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image103.gif一定時(shí)，file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image098.gif幅值和相位僅由file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image095.gif中基波file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image107.gif的幅值及其與file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image103.gif的相位差決定。改變file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image107.gif的幅值和相位，可使file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image098.gif和file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image103.gif同相或反相，file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image113.gif比f(wàn)ile:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image103.gif超前90°，或使file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image098.gif與file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image103.gif相位差為所需角度。 file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image118.gif> 0時(shí)，（file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image120.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image083.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image081.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image124.gif）和（file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image126.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image081.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image083.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image124.gif）分別組成兩個(gè)升 壓斬波電路，以（file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image120.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image083.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image081.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image124.gif）為例。file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image120.gif通時(shí)，file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image118.gif通過file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image120.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image083.gif向file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image124.gif儲(chǔ)能。file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image120.gif關(guān)斷時(shí)，file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image124.gif中的儲(chǔ)能通過file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image081.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image083.gif向C充電。file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image118.gif < 0時(shí)，（file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image091.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image146.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image148.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image100.gif）和（file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image093.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image148.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image146.gif、file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image154.gif）分別組成兩個(gè)升壓斬波電路。 可以將電壓型單相橋式PWM整流電路的4個(gè)橋臂看成4個(gè)開關(guān)，任一時(shí)刻應(yīng)有兩個(gè)橋臂導(dǎo)通。為避免輸出短路1, 2橋臂和3, 4橋臂都不允許同時(shí)導(dǎo)通。因此交流側(cè)電壓file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image156.gif是一個(gè)單極性PWM波形，輸出幅值為file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image158.gif和0;而對(duì)應(yīng)的電感file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image154.gif上壓降分別取file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image118.gif, file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image162.gif和file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image164.gif三種不同的值，這樣通過調(diào)節(jié)調(diào)制比m就能有效控制file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image118.gif,進(jìn)而使得電路的功率因數(shù)為1。
3.2系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)總體框圖如圖3所示，220V交流電壓經(jīng)過隔離、降壓、濾波后，得到比較穩(wěn)定的交流電壓，在經(jīng)過AC/DC電路整流后再濾波得到比較平滑的直流輸出電壓；控制電路采用單片機(jī)產(chǎn)生的PWM波作為控制信號(hào)，提高了電源的功率因數(shù)，具有良好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率；同時(shí)在變壓器副邊檢測(cè)的電壓、電流信號(hào)經(jīng)過比較器整形后，送入單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行分析處理，外接LCD液晶顯示功率因數(shù)。當(dāng)輸出電流大于2.5A時(shí)，保護(hù)電路起過流保護(hù)作用。
file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image167.gif
圖5系統(tǒng)總體框圖
3.3 主電路子系統(tǒng)框圖與電路原理圖 1、主電路子系統(tǒng)框圖
file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image169.gif 圖6主電路子系統(tǒng)框圖
3.4 輔助電路子系統(tǒng)框圖與電路原理圖 輔助電路包括過流保護(hù)電路、功率因數(shù)測(cè)量電路。 1、功率因數(shù)測(cè)量電路子系統(tǒng)框圖 以-------單片機(jī)為核心的功率因數(shù)測(cè)量系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。該測(cè)量系統(tǒng)主要由電流互感器、電壓互感器、整形修正電路、單片機(jī)、 LED顯示器和通信接口等組成。
file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image171.gif
圖7功率因數(shù)測(cè)量電路子系統(tǒng)框圖 2、功率因數(shù)測(cè)量電路子系統(tǒng)電路 在 LM393 的輸入端加了兩個(gè)IN4108穩(wěn)壓二極管將輸入信號(hào)控制在 -0.7V—+0.7之間，經(jīng)過零比較器將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)變成方波；用觸發(fā)器CD4013去除高頻信號(hào)，濾除諧波干擾；通過2個(gè)施密特整形觸發(fā)器，得到TTL方波信號(hào)。送入單片機(jī)進(jìn)行分析處理。原理圖如圖6所示：
file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image173.gif圖8功率因數(shù)測(cè)量電路子系統(tǒng)電路
3.5驅(qū)動(dòng)電路及其結(jié)構(gòu)圖 驅(qū)動(dòng)電路是以是將信息 電子電路傳來的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共之間，可以使其開通或關(guān)斷信號(hào)，還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)。示意圖8如下：
file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image174.gif
圖9光耦合器的類型及接法 a) 普通型 b) 高速型 c) 高傳輸比型 而本裝置采用電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路，包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分，如圖8所示：
file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image176.gif 圖10電壓驅(qū)動(dòng)電路 3.6輔助電源 輔助電源由變壓部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。為整個(gè)系統(tǒng)提供file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image178.gif5V和file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image178.gif12V電壓，確保電路的正常穩(wěn)定工作。這部分電路比較簡(jiǎn)單，都采用三端穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)，原理圖如圖9所示： file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image180.gif 圖11電源電路子系統(tǒng)電路
4.作品結(jié)構(gòu) 4.1硬件方塊圖
file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image182.jpg 圖12系統(tǒng)框圖
4.2軟件流程圖
file:///C:/DOCUME~1/derek.yan/LOCALS~1/Temp/msohtml1/03/clip_image184.gif
圖13軟件流程圖
5.結(jié)論
5.1抑制諧波的方法 為了抑制電力電子裝置產(chǎn)生的諧波，其中的一種方法就是對(duì)整流器本身進(jìn)行改進(jìn)，使其盡量不產(chǎn)生諧波，減小電流和電壓相位差。這種整流器稱為高功率因數(shù)變流器或高功率因數(shù)整流器。高功率因數(shù)變流器主要就是采用PWM整流技術(shù)，同時(shí)單片機(jī)產(chǎn)生PWM波形便于功率因數(shù)的校正。
5.2 心得體會(huì) 綜合整個(gè)設(shè)計(jì)， 利用單片機(jī)產(chǎn)生的PWM波作為控制信號(hào)方便可行。然而對(duì)于硬件的制作來說相對(duì)復(fù)雜，器件的選擇尤為重要，其與普通整流器和相控整流器的不同之處是其中用到了全控型器件，器件性能的好壞決定了PWM整流器的性能。優(yōu)質(zhì)的電力電子器件必須具有如下特點(diǎn)： (1)能夠控制通斷，確保在必要時(shí)可靠導(dǎo)通或截止； （2）能夠承受一定的電壓和電流，阻斷狀態(tài)時(shí)能承受一定電壓，導(dǎo)通時(shí)勻許通過一定的電流； （3）具有較高的開關(guān)頻率，在開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)具有足夠短的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，并能承受高的di/dt和du/dt。
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