基于升降壓電路的雙向DC-DC變換電路

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 基于Buck-Booost電路的雙向DC-DC變換電路 目 錄1系統(tǒng)方案41.1 DC-DC雙向變換器模塊的論證與選擇4 1.2 測控電路系統(tǒng)的論證與選擇42 系統(tǒng)理論分析與計算42.1 雙向Buck-BOOST主拓電路的分析42.2 電感電流連續(xù)工作原理和基本關系52.3 控制方法與參數計算63 電路與程序設計73.1 電路的設計73.1.1 系統(tǒng)總體框圖73.1.2 給電池組充電Buck電路模塊73.1.3 電池放電Boost升壓模塊83.1.4 測控模塊電路原理圖83.1.5 電源93.2 程序設計94 測試方案與測試結果154.1 測試方案154.2 測試條

2、件與儀器154.3 測試結果及分析154.3.1 測試結果(數據)154.3.2 測試分析與結論16摘 要 雙向DC/DC變換器（Bi-directional DC-DC Converter，BDC）是一種可在雙象限運行的直流變換器，能夠實現能量的雙向傳輸。隨著開關電源技術的不斷發(fā)展，雙向DC/DC變換器已經大量應用到電動汽車、太陽能電池陣、不間斷電源和分布式電站等領域，其作為DC/DC變換器的一種新的形式，勢必會在開關電源領域上占據越來越重要的地位。由于在需要使用雙向DC/DC變換器的場合很大程度上減輕系統(tǒng)的體積重量及成本，所以具有重要研究價值。既然題目要求是作用于可充電鋰電池的雙向的DC-

3、DC變換器，肯定包括降壓、升壓、電壓可調、恒流、等要求?？紤]到題目對效率的要求，我們選擇降壓Buck電路，升壓Boost電路，并用反饋電路和運放電路來實現電壓可調和恒流等要求，通過一系列的測試和實驗幾大量的計算，基本上能完成題目的大部分要求。關鍵詞： 雙向DC/DC變換器；雙向Buck-Boost變換器；效率；恒流穩(wěn)壓 1系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由DC-DC雙向變換器模塊、測控電路模塊及輔助電源模塊構成，分別論證這幾個模塊的選擇。1.1 DC-DC雙向變換器模塊的論證與選擇方案一：采用大功率的線性穩(wěn)壓芯片搭建穩(wěn)壓電路，使充電壓恒定，在輸入電壓高于充電合適電壓時，實現對輸入電壓的降壓，為電池組充電。該

4、電路外圍簡單，穩(wěn)壓充電不需要軟件控制，簡單方便，但轉換效率低。同時采用采用基于NE555的普通升壓電路，這種電路設計簡單，成本低，但轉換效率較低、電池電壓利用率低、輸出功率小 ，更不能不易與基于大功穩(wěn)壓芯片所構成的穩(wěn)壓電路結合構成DC-DC雙向變換器。方案二：采用Buck-Boost電路，選擇合適的開關管、續(xù)流二極管，電能的轉化效率高，且電路簡單，功耗小，穩(wěn)壓范圍寬，能很好的實現輸入降壓，輸出升壓。但輸入、輸出電流皆有脈動，使得對輸入電源有電磁 干擾且輸出紋波較大。所以實際應用時常加有輸入， 輸出濾波器。方案一簡單輕便但會影響電源的效率，而方案二中的Buck電路能很好保對證電源的降壓要就對電池

5、組充電，并且使電池組的充電率滿足題目要求，所以采用方案二。1.2 測控電路系統(tǒng)的論證與選擇 方案一：采用基于51單片機的數控電路，測控精度高，但不能連續(xù)可調，制作過程復雜，工作量大，并且造價高，維護復雜。 方案二： 基于UC3843的測控電路，電路簡單，效率高，可靠性高，但隨著負載的增大，輸出波形變得不穩(wěn)。 綜合考慮采用采用方案二。2 系統(tǒng)理論分析與計算2.1 雙向Buck-BOOST主拓電路的分析 Buck-Boost變換器是輸出電壓可低于或高于輸入電壓的一種單管直流變換器，其主電路與Buck或 Boost變換器所用的元器件相同，也有開關管 、二極管、電感、和電容構成。如下圖1所示。Buck

6、-Boost變換器也有電感電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作方式。圖2是電感電流連續(xù)時的主要波形。圖3是Buck-Boost變換器在不同工作狀態(tài)下的等效電路圖。電感電流連續(xù)工作室時，有兩種工作模式，圖(3a)的開關管S1導通時的工作模式，圖3（b）是開關管S1關斷、L續(xù)流時的工作模式。圖1 主電路圖2電感電流連續(xù)工作波形 S1導通 S1斷開圖3 Buck-Boost不同開關模式下等效電路2.2 電感電流連續(xù)工作原理和基本關系電感電流連續(xù)工作時，Buck/Boost變換器有開關管S1導通和開關管S1關斷兩種工作模態(tài)。 在開關模態(tài)10： t=0時，S1導通，電源電壓加載電感上，電感電流線性

7、增長，二極管D戒指，負載電流由電容提供：t=時，電感電流增加到最大值，S1關斷。在S1導通期間電感電流增加量在開關模態(tài)2  T: 穩(wěn)態(tài)工作時，S1導通期間的增長量應等于S1關斷期間的減小量，或作用在電感上電壓的伏秒面積為零，有：由(2-8)式，若=0.5，則=；若<0.5，則<；反之，>0.5，>。設變換器沒有損耗，則輸入電流平均值和輸出電流平均值之比為開關管S1截止時，加于集電極和發(fā)射極間電壓為輸入電壓和輸出電壓之和，這也是二極管D截止時所承受的電壓由圖1-2可見，電感電流平均值等于S1和D導通期間流過的電流平均值和之和，即：開關管S1和

8、二極管D電流的最大值、等于電感電流最大值。S1導通期間，電容電壓的變化量即輸出電壓脈動D由S1導通期間放電量=計算，因=，故：2.3 控制方法與參數計算1.Boost電路控制方法：負反饋。2.Buck電路控制方法：正反饋+負反饋。3.振蕩頻率計算公式：4.反饋深度：TL431是一種并聯穩(wěn)壓集成電路。三端可調分流基準源、可編程輸出電壓:2.5V36V、電壓參考誤差：±0.4% ，典型值25（TL431B）、低動態(tài)輸出阻抗:0.22(典型值)、溫度補償操作全額定工作溫度范圍、負載電流1.0毫安-100毫安。全溫度范圍內溫度特性平坦，典型值為50 ppm/，最大輸入電壓為37V、最大工作電

9、流150mA、內基準電壓為2.495V(25°C)。5.放大器選用基于Lm358的放大電路，放大倍數的計算公式： 6.軟件算法：15f2k60s2單片機是高速/低功耗的單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇，內部集成MAX810專用復位電路，時鐘頻率在12MHz以下時，復位腳可直接接地。工作電壓：5.5V - 3.8V（5V 單片機）/3.8V - 2.4V（3V 單片機）、工作頻率范圍：0-40MHz，相當于普通8051的 080MHz、用戶應用程序空間4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16。K/32K/40K/48K/56K/ 61K/字節(jié)、片上集成

10、 1280字節(jié)/512/256字節(jié) RAM、工作溫度范圍：0-75/-40-+85。提高效率的方法：提高頻率，改善電路結構。3 電路與程序設計 3.1 電路的設計 3.1.1 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)總體框圖如圖四所示： 測控電路雙向DC-DC變換電路 電池組直流穩(wěn)壓電源放電放電 圖4系統(tǒng)總體框圖3.1.2 給電池組充電Buck電路模塊 降壓充電模塊原理圖如圖5（附錄）所示。 圖5降壓buck電路原理圖3.1.3 電池放電Boost升壓模塊 電池放電升壓Boost電路原理圖如圖6所示。圖6 升壓Boost電路3.1.4 測控模塊電路原理圖 測控模塊電路如下圖 圖7。 圖7 測控電路圖 3.1.5 電

11、源 系統(tǒng)需要直流穩(wěn)壓電源供電，采用基于LM7805和LM7815的直流穩(wěn)壓電路給單片機、放大器供電。3.2程序設計采用基于STC15F2K60S2的單片機系統(tǒng)，來控制電壓和電流的顯示，和調節(jié)數字電位計。源程序如下：#include "STC15Fxxxx.h"#include "intrins.h"#include "codetab.h"#include "LQ12864.h"#include "stdio.h"#include "adc.h"#include"PC

12、A.h"#defineTimer0_Reload(65536UL -(MAIN_Fosc / 1000)/Timer 0 中斷頻率, 1000次/秒#define P1n_pure_input(bitn)P1M1 |= (bitn),P1M0 &= (bitn)typedef unsigned char BYTE;sbit X9313W_INC = P32; /計數脈沖輸入端，下降沿觸發(fā)sbit X9313W_UPDN = P33; /方向，高電平加、低電平減sbit X9313W_CS = P34; /片選,低電平有效/*（STC12C5608AD 11MHZ z=1時精確

13、延時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; /先調到0 for(i=0;i<32;i+) X9313W_INC = 1; _nop_(); _nop_();

14、X9313W_INC = 0; _nop_(); _nop_(); X9313W_UPDN = 1; /調到指定值 for(i=0;i<RNumber;i+) X9313W_INC=1; _nop_(); _nop_(); X9313W_INC=0; _nop_(); _nop_(); X9313W_INC = 1; /電阻值保存 _nop_(); _nop_(); X9313W_CS = 1; _nop_(); _nop_(); X9313W_UPDN = 1; _nop_(); _nop_(); X9313W_INC = 1;void X9313W_IncVol(unsigned c

15、har RNumber) unsigned char i; X9313W_INC = 1; _nop_(); _nop_(); X9313W_CS = 0; _nop_(); _nop_(); X9313W_UPDN = 1; /加RNumber個指定值 for(i=0;i<RNumber;i+) X9313W_INC=1; _nop_();_nop_(); X9313W_INC=0; _nop_(); _nop_(); X9313W_INC = 1; /電阻值保存 _nop_(); _nop_(); X9313W_CS = 1; _nop_(); _nop_(); X9313W_UPD

16、N = 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; /減RNumber個指定值 for(i=0;i<RNumber;i+) X9313W_INC=1; _nop_(); _nop_(); X9313W_INC=0; _nop_(); _nop_(); X9313W_INC =

17、1; /電阻值保存_nop_(); _nop_(); X9313W_CS = 1; _nop_(); _nop_(); X9313W_UPDN = 1; _nop_(); _nop_(); X9313W_INC = 1;/*本地函數聲明*/void DelayXus(BYTE n);/* 外部函數聲明和外部變量聲明 */ bitB_1ms;/1ms標志 u16msecond; u16Bandgap; unsigned int step; /* PWM配置函數 */* ADC配置函數 */voidADC_config(void)ADC_InitTypeDefADC_InitStructure;/

18、結構定義ADC_InitStructure.ADC_Px = ADC_P1_All;/設置要做ADC的IO,ADC_P10 ADC_P17(或操作),ADC_P1_AllADC_InitStructure.ADC_Speed = ADC_180T;/ADC速度ADC_90T,ADC_180T,ADC_360T,ADC_540TADC_InitStructure.ADC_Power = ENABLE;/ADC功率允許/關閉ENABLE,DISABLEADC_InitStructure.ADC_AdjResult = ADC_RES_H8L2;/ADC結果調整,ADC_RES_H2L8,ADC_R

19、ES_H8L2ADC_InitStructure.ADC_Polity = PolityLow;/優(yōu)先級設置PolityHigh,PolityLowADC_InitStructure.ADC_Interrupt = DISABLE;/中斷允許ENABLE,DISABLEADC_Inilize(&ADC_InitStructure);/初始化ADC_PowerControl(ENABLE);/單獨的ADC電源操作函數, ENABLE或DISABLE/P1n_pure_input(1<<0) |(1<<1) |(1<<2) | (1<<3)|

20、(1<<4) | (1<<5)|(1<<6) | (1<<7);/把ADC口設置為高阻輸入/*/*主函數*/void main(void) / unsigned char i; / int a;u16j; unsigned char c10; LCD_Init(); /oled 初始化 ADC_config(); Timer0_1T();Timer0_AsTimer();Timer0_16bitAutoReload();Timer0_Load(Timer0_Reload);Timer0_InterruptEnable();Timer0_Run()

21、;EA = 1;/打開總中斷 LCD_CLS();LCD_P8x16Str(0,0,"step:");LCD_P8x16Str(0,2,"AD0:");LCD_P8x16Str(0,4,"AD1:");X9313W_SetVol(0);step=0; while(1) if(B_1ms)/1ms到/LCD_CLS(); B_1ms = 0;if(+msecond >= 100)/300ms到msecond = 0;/ LCD_P8x16Str(40,3,"abc"); / Get_ADC10bitResult

22、(0);Get_ADC10bitResult(0);j = Get_ADC10bitResult(4);/ad通道0sprintf(c,"%.2fA",j*5.0/1024.0); LCD_P8x16Str(40,2,c);j = Get_ADC10bitResult(5);/ad 通道1sprintf(c,"%.2fV",j*30.0/1024.0); LCD_P8x16Str(40,4,c);if(P24=0)step+;if(step=32)step=0;if(P25=0)if(step-=0)step=31;X9313W_SetVol(step)

23、;sprintf(c,"%2d",step);LCD_P8x16Str(40,0,c);delayms(100); /*/ /*/* Timer0 1ms中斷函數 */void timer0 (void) interrupt TIMER0_VECTOR/DisplayScan();/1ms掃描顯示一位B_1ms = 1;/1ms標志4 測試方案與測試結果 4.1 測試方案 1、硬件測試 ，測試電路的恒流恒壓以及功率的設置。2、軟件仿真測試，測試程序 功能的完整性，以及程序電流電壓能滿足對電路電流電壓調節(jié)和顯示精度的控制。3、硬件軟件聯調，連接單片機和電源電路，測試兩者功能的完整性，通過對硬件電路和程序參數的調整使其能很好的完成對電壓電流的控制節(jié)及顯示 功能。 4.2 測試條件與儀器 測試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。測試儀器：高精度的數字毫伏表，模擬示波器，數字示波器，數字萬用表，指針式萬用表。4.3 測試結果及分析 4.3.1 測試結果(數據) 基礎部分測試結果(數據)1、恒流充電測試由基本要求1：在=30V、充電電流在在12A范圍內可調條件下，設置初始值為步進A，步進值為0.1A,測試數據如表1.表 1電流調節(jié)測試次數1234567理論值A1.101.201.301