基于升降压电路的双向DC-DC变换电路

兆芳芳创作

目录

1系统计划4

1.1 DC-DC双向变换器模块的论证与选择4 1.2 测控电路系统的论证与选择4 2 系统理论阐发与计较4

2.1 双向Buck-BOOST主拓电路的阐发4 2.2 电感电流连续任务原理和根本关系5 2.3 控制办法与参数计较6 3 电路与程序设计7

3.1 电路的设计7

3.1.1 系统总体框图7

3.1.2 给电池组充电Buck电路模块7 3.1.3 电池放电Boost升压模块8 3.1.4 测控模块电路原理图8 3.1.5 电源9 3.2 程序设计9

4 测试计划与测试结果15

4.1 测试计划15

4.2 测试条件与仪器15

4.3 测试结果及阐发15

4.3.1 测试结果(数据)15 4.3.2 测试阐发与结论16

摘 要

双向DC/DC变换器（Bi-directional DC-DC Converter，BDC）是一种可在双象限运行的直流变换器，能够实现能量的双向传输.随着开关电源技巧的不竭成长，双向DC/DC变换器已经大量应用到电动汽车、太阳能电池阵、不连续电源和散布式电站等领域，其作为DC/DC变换器的一种新的形式，势必会在开关电源领域上占据越来越重要的地位.由于在需要使用双向DC/DC变换器的场合很大程度上加重系统的体积重量及成本，所以具有重要研究价值.既然题目要求是作用于可充电锂电池的双向的DC-DC变换器，肯定包含降压、升压、电压可调、恒流、等要求.考虑到题目对效率的要求，我们选择降压Buck电路，升压Boost电路，并用反应电路和运放电路来实现电压可调和恒流等要求，通过一系列的测试和实验几大量的计较，根本上能完成题目的大部分要求.

关头词：双向DC/DC变换器；双向Buck-Boost变换器；效率；恒流稳压 1系统计划

本系统主要由DC-DC双向变换器模块、测控电路模块

及帮助电源模块组成，辨别论证这几个模块的选择. 1.1 DC-DC双向变换器模块的论证与选择

计划一：采取大功率的线性稳压芯片搭建稳压电路，使充电压恒定，在输入电压高于充电适合电压时，实现对输入电压的降压，为电池组充电.该电路外围复杂，稳压充电不需要软件控制，复杂便利，但转换效率低.同时采取采取基于NE555的普通升压电路，这种电路设计复杂，成本低，但转换效率较低、电池电压利用率低、输出功率小 ，更不克不及不容易与基于大功稳压芯片所组成的稳压电路结合组成DC-DC双向变换器.

计划二：采取Buck-Boost电路，选择适合的开关管、续流二极管，电能的转化效率高，且电路复杂，功耗小，稳压规模宽，能很好的实现输入降压，输出升压.但输入、输出电流皆有脉动，使得对输入电源有电磁 搅扰且输出纹波较大.所以实际应用时常加有输入， 输出滤波器.

计划一复杂轻便但会影响电源的效率，而计划二中的Buck电路能很好保对证电源的降压要就对电池组充电，并且使电池组的充电率满足题目要求，所以采取计划二. 1.2 测控电路系统的论证与选择

计划一：采取基于51单片机的数控电路，测控精度高，但不克不及连续可调，制作进程庞杂，任务量大，并且造价高，维护庞杂.

计划二： 基于UC3843的测控电路，电路复杂，效率高，可靠性高，但随着负载的增大，输出波形变得不稳. 综合考虑采取采取计划二. 2系统理论阐发与计较

2.1 双向Buck-BOOST主拓电路的阐发

Buck-Boost变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器，其主电路与Buck或 Boost变换器所用的元器件相同，也有开关管 、二极管、电感、和电容组成.如下图1所示.Buck-Boost变换器也有电感电流连续和断续两种任务方法.图2是电感电流连续时的主要波形.图3是Buck-Boost变换器在不合任务状态下的等效电路图.电感电流连续任务室时，有两种任务模式，图(3a)的开关管S1导通时的任务模式，图3（b）是开关管S1关断、L续流时的任务模式.

图1 主电路

图2电感电流连续任务波形

S1导通 S1断开

图3 Buck-Boost不合开关模式下等效电路

2.2 电感电流连续任务原理和根本关系

电感电流连续任务时，Buck/Boost变换器有开关管S1导通和开关管S1关断两种任务模态.

在开关模态1[0~ton]：

t=0时，S1导通，电源电压Vin加载电感Lf上，电感电流线性增长，二极管D戒指，负载电流由电容Cf提供：

t=ton时，电感电流增加到最大值iL，S1关断.在S1导

max通期间电感电流增加量iL f在2[ton ~ T]: 开关模

态

稳态任务时，S1导通期间iL的增长量应等于S1关断期

f间iL的减小量，或作用在电感Lf上电压的伏秒面积为零，f有：

由(2-8)式，若Dy=0.5，则Vo=Vin；若Dy<0.5，则Vo0.5，Vo>Vin.设变换器没有损耗，则输入电流平均值Ii和输出电流平均值Io之比为

开关管S1截止时，加于集电极和发射极间电压为输入电压和输出电压之和，这也是二极管D截止时所承受的电压

由图1-2可见，电感电流平均值iL等于S1和D导通期

f间流过的电流平均值IQ和ID之和，即：

开关管S1和二极管D电流的最大值iQ、iD等于电感maxmax电流最大值iL.

fmaxS1导通期间，电容Cf电压的变更量即输出电压脉动Vo由S1导通期间Cf放电量QC=IofDyT计较，因QCf=CfVo，故：

2.3 控制办法与参数计较

1.Boost电路控制办法：负反应.

2.Buck电路控制办法：正反应+负反应. 3.振荡频率计较公式：f1.8R6C3 4.反应深度：TL431是一种并联稳压集成电路.三端可调分流基准源、可编程输出电压:2.5V~36V、电压参考误差：±0.4% ，典型值@25℃Ω(典型值)、温度抵偿操纵全额外任务温度规模、负载电流1.0毫安--100毫安.全温度规模内温度特性平坦，典型值为50 ppm/℃，最大输入电压为37V、最大任务电流150mA、内基准电压为2.495V(25°C).

5.缩小器选用基于Lm358的缩小电路，缩小倍数的计

RfAu1R1 较公式：6.软件算法：15f2k60s2单片机是高速/低功耗的单片机，12时钟/机械周期和6时钟/机械周期可任意选择，内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz以下时，复位脚可直接接地.任务电压：5.5V - 3.8V（5V 单片机）/3.8V - 2.4V（3V 单片机）、任务频率规模：0-40MHz，相当于普通8051的 0～80MHz、用户应用程序空间4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16.

K/32K/40K/48K/56K/ 61K/字节、片上集成 1280字节

/512/256字节 RAM、任务温度规模：0-75℃/-40-+85℃.

提高效率的办法：提高频率，改良电路结构.

3 电路与程序设计 3.1 电路的设计 3.1.1 系统总体框图

系统总体框图如图四所示：

电池组 测控电路 双向DC-DC变换电路 直流稳压电源 放电放电 图4系统总体框图

3.1.2 给电池组充电Buck电路模块

降压充电模块原理图如图5（附录）所示.

图5降压buck电路原理图 3.1.3 电池放电Boost升压模块

电池放电升压Boost电路原理图如图6所示.

图6 升压Boost电路

3.1.4 测控模块电路原理图

测控模块电路如下图 图7.

图7 测控电路图

3.1.5 电源

系统需要直流稳压电源供电，采取基于LM7805和LM7815的直流稳压电路给单片机、缩小器供电.

采取基于STC15F2K60S2的单片机系统，来控制电压

和电流的显示，和调节数字电位计.

源程序如下：

#include \"STC15Fxxxx.h\" #include \"intrins.h\" #include \"codetab.h\" #include \"LQ12864.h\" #include \"stdio.h\" #include \"adc.h\" #include #define 1000))

\"PCA.h\"

Timer0_Reload (65536UL -(MAIN_Fosc / //Timer 0 中断

频率, 1000次/秒

#define P1n_pure_input(bitn)

P1M0 &= ~ (bitn)

typedef unsigned char BYTE;

sbit X9313W_INC = P3^2; //计数脉冲输入端，下降沿触发

sbit X9313W_UPDN = P3^3; //标的目的，高电平加、低电平减

sbit X9313W_CS = P3^4; //片选,低电平有效 /********************（STC12C5608AD 11MHZ z=1

P1M1 |= (bitn),

时精确延时1ms）

*******************/ void delayms(unsigned int z) {

unsigned int x,y; for(x=z; x>0; x--) for(y=1848; y>0; y--); }

void X9313W_SetVol(unsigned char RNumber) {

unsigned char i;

X9313W_INC = 1; _nop_(); _nop_();

X9313W_CS = 0; _nop_(); _nop_();

X9313W_UPDN = 0; //先调到0 for(i=0;i<32;i++){ X9313W_INC = 1; _nop_(); _nop_();

X9313W_INC = 0; _nop_(); _nop_(); }

X9313W_UPDN = 1; // for(i=0;iX9313W_INC=0; _nop_(); _nop_(); }

X9313W_INC = 1; // _nop_(); _nop_();

X9313W_CS = 1; _nop_(); _nop_();

X9313W_UPDN = 1; _nop_(); _nop_();

调到指定值电阻值保管 X9313W_INC = 1; }

void X9313W_IncVol(unsigned char RNumber) {

unsigned char i;

X9313W_INC = 1; _nop_(); _nop_();

X9313W_CS = 0; _nop_(); _nop_();

X9313W_UPDN = 1; //值

for(i=0;i_nop_();

X9313W_INC=0; _nop_(); _nop_(); }

X9313W_INC = 1; //加RNumber个指定电阻值保管

_nop_(); _nop_();

X9313W_CS = 1; _nop_(); _nop_();

X9313W_UPDN = 1; _nop_(); _nop_();

X9313W_INC = 1; }

void X9313W_DecVol(unsigned char RNumber) {

unsigned char i;

X9313W_INC = 1; _nop_(); _nop_();

X9313W_CS = 0; _nop_(); _nop_();

X9313W_UPDN = 0; //减RNumber个指定值

for(i=0;iX9313W_INC=1; _nop_(); _nop_();

X9313W_INC=0; _nop_(); _nop_(); }

X9313W_INC = 1; //电阻值保管 _nop_(); _nop_();

X9313W_CS = 1; _nop_(); _nop_();

X9313W_UPDN = 1; _nop_(); _nop_();

X9313W_INC = 1; }

/************* 当地函数声明 **************/ void DelayXus(BYTE n);

/**************** 外部函数声明和外部变量声明 *****************/

bit B_1ms; u16 msecond; u16 Bandgap;

//1ms标记

unsigned int step;

/********************** ************************/

/********************** ************************/

void ADC_config(void) {

ADC_InitTypeDef //结构定义

ADC_InitStructure.ADC_Px = ADC_P1_All; //设置要做ADC的IO,

PWM配置函数

ADC配置函数

ADC_InitStructure;

ADC_P10 ~ ADC_P17(或操纵),ADC_P1_All ADC_InitStructure.ADC_Speed = ADC_180T;

//ADC 速度

ADC_90T,ADC_180T,ADC_360T,ADC_540T ADC_InitStructure.ADC_Power = ENABLE;

//ADC

功率允许/封闭 ENABLE,DISABLE

ADC_InitStructure.ADC_AdjResult = ADC_RES_H8L2;

//ADC结果调整,

ADC_RES_H2L8,ADC_RES_H8L2

ADC_InitStructure.ADC_Polity = PolityLow; 优先级设置

//

PolityHigh,PolityLow

ADC_InitStructure.ADC_Interrupt = DISABLE;

//中断 允许

ENABLE,DISABLE

ADC_Inilize(&ADC_InitStructure);

//初始化

ADC_PowerControl(ENABLE);

//单独的ADC电源操纵函数, ENABLE或DISABLE //

P1n_pure_input((1<<0)

||(1<<1)

||(1<<2)

||

(1<<3)||(1<<4) || (1<<5)||

(1<<6) || (1<<7)); }

/**********************************************/ /*********************

主

函

数

//把ADC口设置为高阻输入

************************************/

void main(void) {

// unsigned char i; // int a;

u16 j;

unsigned char c[10];

LCD_Init(); //oled 初始化 ADC_config(); Timer0_1T(); Timer0_AsTimer();

Timer0_16bitAutoReload(); Timer0_Load(Timer0_Reload); Timer0_InterruptEnable(); Timer0_Run(); EA = 1;

LCD_CLS();

LCD_P8x16Str(0,0,\"step:\"); LCD_P8x16Str(0,2,\"AD0:\"); LCD_P8x16Str(0,4,\"AD1:\"); X9313W_SetVol(0); step=0; while(1)

//打开总中断

{

if(B_1ms) //1ms到

// //

// 道0

道1

{

LCD_CLS(); B_1ms = 0; if(++msecond >= 100) //300ms到

{ msecond = 0;

LCD_P8x16Str(40,3,\"abc\");

Get_ADC10bitResult(0); Get_ADC10bitResult(0);

j = Get_ADC10bitResult(4);

//ad sprintf(c,\"%.2fA\

LCD_P8x16Str(40,2,c);

j = Get_ADC10bitResult(5);

//ad sprintf(c,\"%.2fV\

LCD_P8x16Str(40,4,c); if(P24==0) step++;

if(step==32)step=0;

通

通

/* */

if(P25==0)

if(step--==0)step=31; X9313W_SetVol(step); sprintf(c,\"%2d\ LCD_P8x16Str(40,0,c); delayms(100);

}

} }

/**********************************************/ /********************** Timer0 1ms中断函数 ************************/

void timer0 (void) interrupt TIMER0_VECTOR { //

DisplayScan(); //1ms扫描显示一位

//1ms标记

}

B_1ms = 1; }

4 测试计划与测试结果 4.1 测试计划

1、硬件测试 ，测试电路的恒流恒压以及功率的设置.

2、软件仿真测试，测试程序 功效的完整性，以及程序电流电压能满足对电路电流电压调节和显示精度的控制.

3、硬件软件联调，连接单片机和电源电路，测试两者功效的完整性，通过对硬件电路和程序参数的调整使其能很好的完成对电压电流的控制节及显示 功效. 4.2 测试条件与仪器

测试条件：查抄多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且查抄无误，硬件电路包管无虚焊.

测试仪器：高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表. 4.3 测试结果及阐发 4.3.1 测试结果(数据) 根本部分测试结果(数据)

1、恒流充电测试

由根本要求1：在U2=30V、充电电流在在1~2A规模内可调条件下，设置I1初始值为步进A，步进值为0.1A,测试数据如表1.

表 1电流调节测试

次数 理论值A 实际值A 平均精度 1 2 3 4 6% 5 6 7 充电时I1的变更率测试

由根本要求2:I1=2A,调整直流稳压电源输出电压，使U2在24~36V规模变更，计较I1的变更率，如表2.

表2 变更率

U2 24 0.5% 26 0 28 0 30 0.5% 0.45% 32 0.5% 34 1% I1实际值A I1变更率 平均变更率 3、变换器的效率测试

由根本要求3：I1=2A，U2=30V，条件下，丈量U1和I2的值，变换器的效率如下.

表3变换器效率

U1（A） 20 I2（A） 所以=（U1×I1）÷(U2×I2)×100%=89.5%. 经计较变换器的转换效率=90%. 4、I1的丈量精度

由根本要求 4：I1在1~2A内变更，所测试量充电电流I1的丈量精度如表4.

表4电流I1的丈量精度

理论值A 丈量值A 精度 平均值 0.8% 0.7% 0.6% 0.52% 0 0.5% 阐扬部分测试结果(数据)

由阐扬部分要求1，在充电模式下，使U2=230.5V，变换器的效率如下表

表5变换器的效率

测试次数 U1（V） 1 94% 2 94% 3 94% 4 30..5 94% I1（A） U2（V） I2（A） 效率 4.3.2 测试阐发与结论

按照上述测试数据，并经过计较阐发，得出以下结论：

1. 在要求条件下电路对电流的调节精度达到6%,次达到了对电流的准确显示和要求精度的控制.

2. 在要求条件下电路电流的变更率为0.45%，满足了题目对电流变更率的要求，同时说明电路的电流有很高的稳定性.

3.电路的转换效率在所定条件下为89.5%，有较高的转化效率，根本满足题目要求.

4.有丈量数据可知电路有充电过呀庇护、较高精度显示充电电流的功效.