基于UCC28019的高功率开关电源设计电气工程专业.docx

基于UCC28019的高功率开关电源设计 摘 要 电源是现代社会不可或缺的能源之一，在人们的日常生活中，电源具有重要的作用。为了使电源的利用率变高，使电源工作在更高效率的状态，减少能源的损耗，产生了高功率因数电源。功率因数是电源设计技术的一个重要指标，本设计通过采用UCC28019作为主要控制芯片，主电路拓扑采用BOOST升压斩波电路，通过检测输入电压和输入电流进行调整，以达到大大提高功率因数的效果。 本设计包含BOOST升压斩波电路、UCC28019控制电路、保护电路、测量电路、辅助电源模块和STM32单片机模块等组成。传统的AC-DC电源设计的方法是使电网电压通过整流后采用电容滤波得到，这种方法会使电路产生大量的电流谐波和功率因数不高等缺点。本设计成功克服了以上的不足之处，使电源的交直变换的效率更高，也得到更高质量的电源。 关键词：功率因数； STM32单片机； Boost拓扑； UCC28019； 功率因数检测 ABSTRACT The electrical source is one f the indispensible energy in today’s society, the electrical source plays a important role in people’s daily life. In order to improve the electrical source’s utilization, and reduce energy loss, so there is high power factor stabilized voltage supply. And the power factor is one of important indexes in power supply design technology. The design adopts ucc28019 as the main control chip. In this paper the Boost Chopper is proposed as the main circuit topology, this circuit test the input voltage and input current that can adjust the power factor, so it can greatly promote the power factor. This design contains some module, like the Boost Chopper、the ucc28019 control circuit、the protect circuit、the testing circuit、the accessory power supply、the STM32 single chip circuit and so on. The method of traditional AC-DC power design is that rectifying the grid-voltage and adopting capacitance to filter the voltage, this method have two shortcoming, on the one hand it can produce a large number of current harmonics, one the other hand it’s power factor is very low. This design is successful to overcome these shortcoming, it improve the efficiency of electrical source’ AC-DC converter and it can provide high-quality voltage supply. keyword: power factor； STM32 single-chip； Boost Chopper； UCC28019； power factor testing circuit 目 录 1. 绪论............................................1 1.1 课题的研究意义.....................................1 1.2 课题的研究背景.....................................2 1.3 课题的研究内容.....................................2 2. 系统方案论证....................................3 2.1 无源功率因数校正方案...............................3 2.2 有源功率因数校正方案...............................4 2.3 方案选择...........................................4 3. 系统原理论证....................................5 3.1 系统框图...........................................5 3.2 UCC28019控制电路...................................6 3.3 BOOST升压电路......................................8 3.4 相位检测电路.......................................11 3.5 光耦隔离电路.......................................15 3.6 辅助电源电路.......................................16 3.7 过流保护电路.......................................18 3.8 AD/DA 电路.........................................18 3.9 电流采样电路.......................................21 4.系统软件设计.....................................22 4.1 系统程序框图 ......................................22 4.2 功率因数测量部分...................................22 4.3 反馈控制部分.......................................23 4.4 液晶显示部分........................................24 5. 测试结果与分析...................................25 5.1 测试方案与结果......................................25 5.2 总结与展望..........................................27 参考文献........ ...................................28 附录 系统软件....................................... 致谢................................................. 1 绪论 1.1 课题的研究意义 从上世纪70年代以来，在电力电子技术的快速发展的背景下，各类电力电子装置被广泛应用于生活、工业领域。开关电源的出现是电源发展史上的一次巨大的进步，由线性稳压电源向开关电源的转变，使电源的利用率大大提高，开关电源自出现以来就倍受人们关注，开关电源更加符合现代电力设备的供电要求。 由于电力电子装置中的整流部分会使输入电流的波形产生了严重的畸变，这样就使电源的功率因数大大降低，而且会在电网中引起严重的谐波污染。电力电子装置中电流与电压的急剧变化给电力设备产生了非常严重的电磁干扰。如何消除谐波干扰成为了技术热点，许多国家和地区已经制定了限制谐波的标准。为了降低谐波的干扰，产生了功率因数校正（PFC）技术。 功率因数校正技术能时开关电源输入电流波形接近于正弦波，这样就能消除负载对电网造成的谐波污染，可以很好地净化电网。PFC技术改变了传统的电源工作方式，因此研究PFC技术具有重大的意义。 本设计的名称是基于UCC28019的高功率因数开关电源设计，采用的是功率因数校正（PFC）技术。功率因数等于有功功率和视在功率的比值，为了使有功功率所占的百分比变大，尽可能减少无功功率的损耗，从而使能源的利用率更高，了达到节约能源的目的。就产生功率因数调节电源，使电源输出更高效率，更好质量的电能。本设计并对功率因数进行测量，功率因数等于输入电压与输入电流相位角的余弦值，故而测量输入电压与输入电流之间的相位差就间接测量出了功率因数[3]。本设计并通过闭环反馈的调节方式使其成为输出恒定电压的电源。 本设计以UCC28019作为主要控制芯片，以BOOST升压斩波电路作为系统主电路。本设计有效的克服了传统开关电源的不足之处，通过提高系统的功率因数来提高电能的利用率，减少开关电源对电网的污染，因此高功率因数开关电源对电源技术的发展具有重要意义。尽量提高功率因数和减少谐波成为了开关电源的主要研究方向，高功率因数开关电源的发展势必会大幅度的减少资源浪费，降低材料损耗，将会对现代生活与工业生产带来巨大便利，于是高功率因数开关电源的研究就有着重要的意义。 1.2 课题的研究背景 在电力电子技术的发展过程中，电源被更多的应用于电子设备中。电子设备要想拥有更好的工作性能就必须拥有质量良好的供电电源，所以电源的性能起着至关重要的作用。开关电源的问世，使电源的效率大大提高，与线性电源相比，从50%提高到了80%，是电力电子技术发展的一次巨大飞跃。但传统的开关电源也有许多不足之处，如电流谐波较大，成本较高。高功率因数电源的问世，成功克服了这些缺点，使高质量的电源能进入人们的日常生活当中。 开关电源经过几十年不断的发展与改进中，已经有了很大的进步，在频率上，由上世纪的20kHZ发展到了现今社会的几百千赫兹甚至上兆赫兹，就使开关电源变得更加的精致，性能得到很大的提升，实现了电源的高频化、高效率、小型化。我国的电源技术也得到了很好的发展空间，使得我国的产品质量有了很大的提升，基本能满足国内用户的需要，从而广泛的被应用于各个领域。但与国际的产品相比，也存在很多不足之处，所以我国的开关电源研究方面需要继续努力。随着技术发展，开关电源不再是大、笨、粗的代表，而是向精致、小巧的方向转型，如今的开关电源可以概括为几个词：高频化、小巧化、高效率、数字化、智能化等[4]。 随着社会的不断进步，资源不断被挖掘，形成资源节约型的工业社会是非常必要的。开关电源在人们的日常生活中被越来越广泛的应用，如何提供更高质量的电能成为了一个研究方向。功率因数是开关电源技术的一个重要的指标，传统的开关电源的设计是电网电压通过整流变换后得到直流，这样的做法虽然方式简单，但问题也会随之产生，直接通过整流的交直变换电源，输入电流会产生很大含量的电流谐波，功率因数十分低，这样会对电网造成谐波“污染”，也会浪费能源