ACDC变换器的功能和工作原理_ACDC变换器电路结构_acdc变换器电路设计
一般来说，ACDC变换器是一种将交流电转换成直流电的装置。
AC，交流电的英文缩写，意为“交流”；DC是直流电的英文缩写，意思是“直流”。
ACDC-C转换是将交流电通过整流电路进行整流滤波，转换成稳定的直流电。
交流DC电源模块的作用I .隔离
1.安全隔离：强弱电隔离IGBT隔离驱动浪涌隔离保护雷电隔离保护(如与人体接触的医疗电子设备的隔离保护)
2.噪声隔离：(模拟电路与数字电路隔离，强弱信号隔离)
3.消除接地回路：远程信号传输分布式供电系统
二。保护
短路保护、过压保护、欠压保护、过流保护等保护。
三。电压转换
第四，电压稳定
交流电源远程DC供电分布式供电系统电池供电
ACDC变换器1电路结构完整解决方案。正向电路
2.回扫电路
3.半桥电路
4.全桥电路
5.推挽电路
6.全波整流和全桥整流
各种结构的比较(如下所示)
ACDC变换电路的设计(单相)近年来，随着电子技术和制造工艺的不断发展以及电源技术的日趋成熟，人们对电源的变换效率提出了越来越高的要求。在电气领域，开关电源占据着举足轻重的地位，高效率是未来电源发展的必然趋势。传统的交流-DC变换电路需要高频变压器来实现电压变换，很难将其效率提高到更高的水平。也很难降低电源的纹波。本系统设计的高效单相交流-DC转换电路可输出恒定的36V DC电压，额定输出电流为2A时，功率转换效率可达90%以上。高效率、低纹波的电源变换不仅能提供更可靠的供电系统，还能带来可观的经济效益。
1系统结构设计
1.1设计任务
设计并制作一个如图1所示的单相交流-DC转换电路。输出DC电压稳定在36V，输出额定电流为2A。要求：在输入交流电压US=24V，输出DC电流I0=2A的条件下，输出DC电压U0=(360.1)V；当US=24V时，i0在0.2 ~ 2.0A范围内变化，负载调整率Si0.5%；当i0=2a，US在20 ~ 30V范围内变化时，电压调整率SU0.5%；设计并制作了功率因数测量电路，用于测量交流-DC变换电路输入侧的功率因数，测量误差绝对值小于0.03。具有输出过流保护功能，工作电流为(2.50.2)A，在保证完成上述要求的基础上，最大限度地提高功率因数和电源的效率，并能根据设定自动调节功率因数。
1.2系统结构系统结构如图2所示。外部220v交流电通过隔离变压器转换成本次设计所需的24v单相工频交流电。为了满足大电流输出的要求，本设计采用220 ~ 36v隔离变压器配合调压变压器提供20 ~ 30v交流电压输入。在本设计系统中，单相24V工频交流电输出恒定的36V DC电压，通过交流-DC转换电路为可变负载R1供电[1]。为了测量和补偿功率因数，保护电路系统的过流，需要同时对交流-DC转换电路的输入和输出端的电压和电流进行采样，并将采集到的数据送到AVR单片机中的A/D进行处理，同时对整个系统进行相应的控制。
单片机可以将测得和计算出的功率因数送到LCD上显示，同时根据键盘的动作触发继电器工作，实现功率因数的补偿。当系统电流达到设计初始值时，单片机触发过流保护模块自动切断电路，当电流降至保护值时自动恢复工作。为了给系统中的其他芯片提供工作电压，本设计还设置了一套辅助电源，包括+5、+12、-12V的常用电压。
1.3系统硬件电路设计1.3.1交流DC主模块电路交流DC主模块电路原理图如图3所示。该模块电路由两部分组成：超低功率整流模块和DC-DC升压模块。超低功率整流器主要由四个导通电阻和饱和压降极低的N型MOSFETs组成，由二极管桥式控制器LT4320驱动，实现单相交流电到直流电的超高效转换。DC-DC升压模块以高效开关稳压器LTC3789为核心。
LT 4320是9 ~ 72 V系统的理想二极管电桥控制器，被低功耗N沟道MOSFET取代。
全波整流器中的所有四个二极管都可以显著降低功耗并提高可用电压，从而大大提高转换效率。LT4320开关控制电路平滑地开启两个适当的MOSFET，同时保持另外两个MOSFET处于关断状态以防止反向电流。MOSFETs的功率水平范围为1 W至几kW，提供了最大的灵活性。控制器的工作频率范围为DC0600Hz，静态电流低至1.5 mA，工作温度范围为-40+85，很好地满足了设计要求。LTC3789是一款同步降压升压DC/DC控制器，峰值效率高达98%。该器件高于，在低于或等于输出电压的输入电压下工作。LTC3789工作在200 ~ 600 kHz的可选固定频率，或者可以通过其集成的锁相环(PLL)与相同范围的外部时钟同步，具有4 ~ 38V的宽输入范围和0.8 ~ 38V的宽输出范围。此外，LTC3789具有可调软启动和良好的功率输出，在-40 ~ 125的工作结温范围内，基准电压精度可保持在1.5%。因此，本设计采用的基于LT4320和LTC 3789的交流DC转换电路模块具有很高的实用价值。
1.3.2功率因数测量模块电路功率因数测量模块电路原理图如图4所示。通过过零比较电路检测电压和电流的相位差，然后将数据送入Atmega128单片机的A/D进行分析计算，输出系统的功率因数。功率因数是交流电路中电压和电流的相位差的余弦，记为cos 。也是有功功率P与无功功率s的比值，过低的功率因数会影响电源的效率，提高功率因数具有极高的社会效益和经济效益，因此功率因数的准确检测意义重大[2]。在交流电路中，有功功率是指负载在一个周期内发出或消耗的瞬时功率的积分平均值；无功功率是电路中用于电场和磁场以及电气设备中用于建立和维持磁场的电功率。
交流输入端的电流(转换成电压信号)和电压分别连接到过零比较器的两个输入端，使输入电流和输入电压由原来的正弦信号整形为脉冲信号。最后通过异或门输出两个相位不同的脉冲信号，输出方波的脉宽代表交流电压和电流的相位差，相位差与功率因数成线性关系。然后，得到功率因数。该测量电路主要由集成运算放大器LM 358构成，构建相应的电路，实现交流电压和电流信号的跟踪和放大。经放大电路处理后的两个信号送到电压比较器LM 393，再将比较器的输出信号送到数字异或门7486，最后将输出结果送到单片机进行处理。该电路用最基本的电路设计原理实现了功率因数的测量，通过调整电路参数，测量电路具有较高的精度。
1.3.3功率因数补偿和过流保护电路功率因数补偿电路如图5所示。在电路系统中，电容电压的相位滞后于电流的相位，而电感电压的相位超前于电流的相位，所以功率因数的补偿可以通过电感和电容的组合来实现。组合电感器串联连接在交流电路中，组合电容器并联连接在电路中。继电器用于实现匹配组合，自动接入电源电路。大多数功率因数补偿是无源或有源的。本设计采用基于LC滤波器的无源补偿方式，虽然采用开关电容网络模块的补偿方式具有更好的谐波抑制效果。然而，无源LC补偿方法可以提高效率[3]。电容器的无功功率可以用来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载与电源之间原有的能量交换[4]。由于补偿电容可以放大电源中的谐波，为避免谐波放大，所选电容和串联电感电抗器的参数应合理匹配，即只要电容串联电抗电路对某一次谐波有电感，该次谐波就不会被放大到系统中。
过流保护电路如图6所示。由单片机控制的继电器串联在DC部分的DC电路中。当单片机检测到电流传感器的电流值达到设定值时，就会切断电路。当电流降至设定值以下时，单片机将触发继电器接通电路。通过本系统的过流保护电路，可以实现系统的过流保护和自动恢复。通过调整电流传感器的参数，可以达到0.1A的控制精度。
2单片机控制系统
2.1控制系统的硬件设计
系统的控制硬件电路如图7所示。本系统采用Atmega128单片机作为主控芯片，对输入的交流电压电流和DC电压电流信号进行采集和处理[6]，完成对功率因数补偿电路和过流保护电路的控制。AT-Mega128单片机是Atmel公司生产的高性能8位MCU，内置8路10位AD。可以完成多通道数据采集。Atmega128单片机通过外部中断实时扫描键盘，单片机通过串行方式控制12864液晶实时显示数据，节省了单片机的硬件资源。
2.2控制系统软件设计
系统程序流程图如图8所示。系统通电后，首先初始化LCD屏幕和AD转换器。四个AD转换器分别采集输入电压信号、输入电流信号、输出电压信号和输出电流信号。如果输出电流过大，立即控制继电器，切断输出回路，进入过流保护状态。10s后控制继电器使电路正常工作[7]。单片机通过液晶屏显示输入电流、输入电压、功率因数、输出电压和输出电流。如果功率因数小于1，功率因数控制模块会自动补偿功率因数。然后单片机扫描按键提供三个可选子功能，分别是：设置功率因数、补偿功率因数为1、设置过流保护电流值。其中“设定功率因数”是指可以在一定范围内设定功率因数，微控制器通过功率因数控制模块自动将功率因数调整到设定值。“设定过流保护值”是指可以在一定范围内人为设定最大保护电流。
3系统测试
3.1系统测试计划
系统测试方案如图9所示。为了测试交流-DC变换器电路的效率，需要在系统的输入和输出端设置测试端口，以获得输入和输出端的电流和电压，即US，is，U0，I0。效率计算公式为
4.结论。
高效率低纹波开关电源技术是未来电源技术的发展方向，具有功率因数检测和补偿的电源系统必将为节能减排做出突出贡献。本系统设计的交流-DC转换电路改变了传统的基于变压器的交流-DC转换技术，采用超低功耗二极管桥式控制器结合超高效率开关稳压控制器实现电源转换，同时辅助功率因数检测和补偿电路。最大限度地提高了电源的转换效率，并能很好地控制电源的纹波。由于该设计解决了传统转换电源效率的瓶颈，在类似计算机用的低压电源领域有着非常广阔的应用前景。
