智能控制单相AC_DC电源设计

Dec．2013

智能控制单相AC－DC电源设计

段东波，靳天玉

（兰州大学

摘

信息科学与工程学院，甘肃

兰州730000）

要：系统以MSP430单片机为控制器，实现AC－DC变换和对重要参数的测量和显示，利用蓝牙技术和移动通信技术实现远程操作。利用SG3525A芯片控制的boost型DC－DC变换电路和过流保护电路，以此来满足高效率、高稳定度的要求。

关键词：MSP430;功率因数;全桥整流;SG3525A智能电源是一个完整的软件与硬件相结合的复杂系统，智能电源未来发展的重要主题就是高能效。首先要对电源系统进行控制管理以及采集各种工作信息参数的硬件设备，然后通过智能电源系统里面的管理软件，检测各个设备单元的当前参数，如电压、电流、温度、负载变化情况等，然后根据获取的各单元运行参数通过各种通信协议传输，汇总到处理单元进行调度管理，以实现电源系统各单元的有选择性、高能效、高可靠的运行。在本文中，给出基于MSP430的智能控制单相AC－DC电源设计方案。

反馈电压来控制输出PWM波的占空比，从而控制开关管的导通时间，最终实现输出稳压控制。

为了实现远程操控，利用蓝牙技术将系统与电信网络连接，实现系统与手机间相互通讯。系统可以将电源状态参数发送到手机，用户可以通过手机对电源进行遥控。

综合以上设计思想提出总体方案如图1所示。系统输入220V、50Hz的市电，经变压器降压为24V交流电之后，利用电流互感器和电压互感器来分别检测电路中电流和电压，然后将这两路信号送入控制器MSP430的定时器捕获端口，经该单片机检测和计算之后，便可得到此信号的功率因数。

1方案设计

当前，智能电源主要解决的问题是：提高效率、调整和提高功率因素、稳压控制和远程操控等。本方案针对以上问题，提出如下设计方法。

为了提高AC－DC变换电路效率，在AC－DC变换之后加入Boost型DC－DC变换电路，比加入传统的带变压器隔离的DC－DC变换电路，节省了在变压器和功率开关管上的损耗，从而大大提高了转换效率。经验证，在Boost变换电路中串入一个大电感将会极大提高转换效率。

调整功率因数可以和负载性质相配合，提高系统总体效率，为此需要调节输入电压与电流的相位差，所以，我们在24V交流电整流之前，串入一个可调电感，通过调节电感感抗的大小，从而实现对输入电压和电流相位差的控制。

Boost型DC－DC变换电路，由SG3525A控制，将输出反馈回SG3525A芯片的1脚，则芯片会根据

●作者简介：段东波（1963年10月），男，本科，工程师，主要从事微机原理与接口教学与科研工作。

●收稿日期：2013－10－23

图1智能控制单相AC－DC电源总体方案

1．1主回路设计

主回路主要包括功率因数的调整、AC－DC变

换以及Boost型升压电路。其中，通过对可调电感的调节，来进行功率因数的调整。Boost型DC－DC变换需要SG3525A芯片的控制。主回路输入从变压器送来的24V交流电，经过全桥整流后变为不太稳定的直流，然后再经Boost型电路变换后，输出稳定的36V直流。Boost型变换电路利用SG3525A输出的PWM波来控制开关管的通断，从而形成升压型DC

110高校实验室工作研究总第118期

－DC变换电路，而且还可以将输出端电压反馈给SG3525，从而调节PWM波的占空比，最终使输出电压稳定。电路图如图2所示。利用SG3525A调节PWM波的占空比电路如图3所说示。

和电流的相位差。这样就通过MSP430控制器实现了功率因数测量。此外，MSP430最小系统中还添加了LED显示器，用来显示所捕获的波的周期和相位差，以及设定的调节功率因数的值，其原理如图4所示。

2

下：

测试结果

按照预设的条件对电路进行测试，部分结果如

（1）在输入交流电压Us=24V、输出直流电流Io=2A条件下，测试结果见表1。

图2

智能控制单相AC－DC电源主回路

测量次数Uo

1

表1

2

试结果

3

4

5

6

36．01V36．00V36．02V35．98V36．03V36．07V

（2）负载调整率lS。当Us=24V，Io在0．2A～2．0A范围内变化时，结果见表2。

表2

0．2A36．23V

负载调整率

2．0A36．07V

负载调整率0．44%

实现功率因数测量见表3。

表3

次数

功率因数测量情况

10．7950．8000．6

20．7840．8103．2

30．7780．7602．3

40．7910．7683．0

图3利用SG3525A调节PWM波的占空比电路功率因数测量值功率因数理论值相对误差%

1．2

控制电路和控制程序

控制电路。系统采用MSP430最小系统做控制

器，通过电压和电流互感器从变压器次级侧分别检测电压和电流信号，然后经OP07放大器将信号放大之后，送入LM339电压比较器中，利用比较器的过零检测，最终将正弦信号变换为方波，而且该方波的上升沿对应正弦波由负到正的过零点。将电流和电压信号对应的方波送入MSP430的定时器捕获端口，通过定时器对这两列波周期的记录和它们上升沿到达时间差的记录，然后经过计算即可得出电压

3结论

本系统以MSP430单片机为控制器，用按键控制功率因数的调整，并且可以用显示器显示电压、电流和相位差等参数。系统利用SG3525A芯片控制的boost型DC－DC变换电路和过流保护电路，以此来满足高效率、高稳定度的要求。测试结果表明，本系统基本功能实现了预期目标。而且系统稳定度和效率都较高。

●参考文献：

［1］刘东生，曾晓雁．液晶显示控制器SED1330/SED1335/SED1336/

2004，30（2）：74－73．E1330的应用［J］．电子技术应用，

［2］杜训新，陈昌旺．MSP430与图形液晶显示模块接口及应用［J］．

2003，100（9）：66－68．世界电子元器件，

［3］胡大可．MSP430系列单片机C语言程序设计与开发［M］．北京：

2000．北京航空航天大学大学出版社，

［4］魏小龙．MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例［M］．北

京：北京航空航天大学出版社，2002．

图4系统LED显示器原理图