双向DC DC变换电源论文.docx

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双向DCDC变换电源论文

苏州大学本科生毕业设计（论文）

双向DC-DC变换电源研究

苏州大学应用技术学院电子信息科学与技术（学号1216405027）沈晖

前言......................................................4

第1章理论分析及总体方案...................................5

第1.1节总体框架............................................5

第1.2节方案比较............................................6

第1.3节整体方案综述........................................9

第2章系统硬件电路设计....................................10

第2.1节双向DC-DC变换电源电路设计.........................10

第2.2节Boost升压电路设计.................................12

第2.3节同步整流Buck电路设计..............................13

第2.4节电流检测电路设计...................................14

第3章系统软件设计........................................16

第3.1节DAC程序设计.......................................16

第3.2节电流检测程序设计...................................17

第3.3节显示程序设计.......................................18

第4章系统测试与分析......................................20

第4.1节系统测试...........................................20

第4.2节系统调试总结.......................................21

总结与展望..................................................22

参考文献....................................................23

致谢........................................................24

附录........................................................25

附录1双向DC-DC变换电源系统程序清单......................25

附录2双向DC-DC变换电源系统电路图........................28

附录3双向DC-DC电源变换系统实物图........................29

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苏州大学本科生毕业设计（论文）

摘要

研究并设计了一款双向DC-DC变换电源，主要针对DC-DC变换电源效率以及对电源的智能控制问题，通过Buck拓扑结构为降压模块对锂电池放电，Boost拓扑结构为升压模块对锂电池充电，两种模块组建成系统核心。

控制模块是通过MOS管进行电路切换以及通过STM32单片机的DAC产生模拟量控制输出电流组成。

系统的电流输出范围为0.6A到2.4A，输出电压的范围在3.3~7.5V内变换。

系统通过调节反馈的基准电压对电压进行升降可控，并且通过按键电路能够对输出电流步进可调，可调值在50mA左右,通过这两种方式从而实现DC-DC电源可调功能。

同时系统使用OLED实时显示单片机的反馈电压与输出电流。

系统可以在MOS管控制端输入高电平时，升压压电路在给锂电池充电的同时，还能直接通过降压压电路进行降压。

通过系统最终结果可以给便携式电子设备进行充电。

关键词：

DC-DC变换电源；STM32F103RCT6；Buck/Boost拓补结构；OLED第2页

苏州大学本科生毕业设计（论文）

Abstract

Studyanddesignofabi-directionalDC-DCpowerconversion,mainlyfor

DC-DCpowerconversionefficiencyandtheintelligentpowercontrolproblems,

thebuckmodulelithiumbatteryisdischargedbyBucktopology,Boosttopology

Boostmodulelithiumbatterycharging,bothmodulestoformacoreofthesystem.

ThecontrolmoduleisswitchedbyMOStubecircuitryandanalogcontroloutput

currentcompositionproducedbySTM32microcontrollerDAC.Currentoutput

rangeofthesystemis0.6Ato2.4A,theoutputvoltageconversionrangewithin3.3

~7.5V.Systembyadjustingthevoltagefeedbackreferencevoltageisraisedand

loweredcontrollableandcapableofsteppingontheoutputcurrentisadjustable

throughthekeycircuit,theadjustablevalueofabout50mA,bythesetwomethods

inordertoachieveDC-DCpoweradjustablefeatures.Atthesametimethesystem

usesOLEDdisplayreal-timemicrocontrollerfeedbackvoltageandoutputcurrent.

ThesystemcancontrolthetubeendwhenMOSinputhigh,theboostpressure

circuittotherechargeablelithiumbattery,whilealsodirectlythroughthe

step-downvoltagestep-downcircuit.Totheportableelectronicdevicecanbe

chargedbythefinalresultofthesystem.

Keywords:

DC-DCpowerconversion;STM32F103RCT6;Buck/Boost

topologystructure;OLED第3页

苏州大学本科生毕业设计（论文）

前言

21世纪的如今，电子科技在迅速的发展，同时也带动了整个电子行业的发展。

电子产品在不断的更新替换，但是它在使用中却离不开最基础也是最重要的能量。

因为市场的需求变促进了便携式充电产品的产量增长，也使得电池充放电技术得到了提升。

开关电源根据其工作方式分为直流式和交流式。

在本次设计中，我所使用的是直流开关电源，所以本次就对直流开关电源进行详细介绍。

直流开关电源的功能是将电能质量较差的市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电源。

其核心是DC-DC转换器。

直流DC-DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为隔离式DC-DC转换器和非隔离式DC-DC转换器。

非隔离式DC-DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。

单管DC-DC转换器共有六种，在这六种单管DC-DC转换器中，Buck和Boost式DC-DC转换器是基本的同时双管DC-DC转换器有双管串接的升压式DC-DC转换器以及四管DC-DC转换器常用的是全桥DC-DC转换器。

DC-DC电源模块在各类数字仪表和智能仪器以及各电子电力领域中被广泛的使用。

随着封装技术的不断提高和大批量使用的高频软开关，开关电源的功率的密度也在不断地提高，转换效率可以说接近百分之分百，在应用方面操作也在不停的简化。

本文介绍了一种以STM32单片机为处理器，Buck/Boost变换器为核心，使用PWM进行自动升降压模块，进行充放电功能。

此次论文对系统的硬件电路以及软件程序设计进行介绍。

论文中的硬件部分它是由系统的各个组成模块的原理部分及应用部分进行组

合介绍。

包括了介绍了硬件电路中的模块电路以及简单的介绍其关键的元器件的参数等，同时在这基础上还对数据进行计算以及数据的分析；软件部分是由阐述系统部分和关键子程序的软件设计以及实现思路的整体介绍。

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第1章理论分析及总体方案

第1.1节总体框架

图1-1所示是双向DC-DC变换电源的系统结构框图。

硬件系统由STM32控制电路、、DC-DC变换电路、电流采样电路、显示电路电路、电源电路组成。

本方案拟用STM32微处理器作为总控制器，实现对整个系统的检测与控制。

首先通过Boost升压电路将外部电源电压转化为18650电芯充电电压，给18650电芯充电，完成能量的存储。

充电结束后，18650电芯作为电源处于自然放电状态，经过BUCK降压电路给外围负载供电，同时STM32单片机可以使用PWM波进行实时的控制。

而且，电流电压检测模块也在不停将检测到的数据传给STM32处理器，并且，STM32微处理器还可以将这些数据，例如：

PWM波的频率，占空比，输出电流和电压的数值等，显示到OLED显示器上。

图1-1双向DC-DC变换电源系统结构框图

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第1.2节方案比较

通过上面的总体方案，需要选择相应的器件与模块，现通过以下的方案比较来选择模块与器件。

1.2.1双向DC-DC变换电源电路方案比较

方案一：

恒流源充电，恒压源放电

使用LM2596分别做两个电路，一个是使用MAX417和LM2596做恒流源，实现外部电源给电池恒流充电，另一路使用LM2596作恒压源，实现电池给负载供电。

本方案使用的主要是模拟电子技术的内容，通过将LM2596的输出使用MAX417来进行电流采样，把4脚改成对地接个电阻，然后原2脚接线方法不变作为输出正极，4脚作为输出负极就行了，改变电阻阻值就能改变恒流电流大小，保证输出电流不变。

输出端使用LM2596做恒压输出，输出端端接反馈电阻网络。

将输出电压通过反馈电阻网络分压后的值与基准值1.23V进行比较，若电压有偏差，通过放大电路计算后控制内部的PWM输出电路改变占空比，调节输出电压使其保持稳定。

该