双向DCDC变换器.docx
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双向DCDC变换器
双向DC-DC变换器
摘要：
双向DC-DC变换器是能够根据能量的需要调节能量双向传输的直流到直流的变换器。
本文阐述的双向DC-DC变换器通过集成运放加三极管组成的恒流源实现实现电池的充电功能以及由TL494组成的升压电路实现对电池的放电功能，LCD液晶屏用于显示充电电池的充电电流，并且能够自动转换变换器充放电工作模式。
此作品电路简单，效率较高，性能稳定；可以满足题目的要求，可适用于直流不停电系统、太阳能电池变换器、电动汽车等方面。
关键词：
双向DCDC变换器；恒流源；TL494
1、方案论证与比较：
恒流源方案比较：
方案一：
由晶体三极管组成的恒流源，利用三极管集电极电压变化对电流影响，并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流的恒定。
由于晶体管参数受温度变化影响，要采用温度补偿及稳压措施，增加电路的复杂性且输出电流不便调节。
方案二：
集成运算放大器和MOS管组成的压控型恒流源，利用运放来驱动功率管MOSFET的导通程度，获得相应的输出电流在采样电阻上产生的采样电压作为反馈电压送到运放的反相输入端，并与同相输入端的给定电压进行比较，依此对MOS管的驱动电压进行调整，达到对功率管的导通电流进行调整的目的；采用放大器负反馈构成的恒流源，可以获得较高精度、较大的电流输出。
因此本设计采用方案二。
DC-DC升压电路方案比较：
方案一：
结构如下图所示，可以实现输出端与输入端的隔离，适合于输入电压与输出电压之比远大于一或远小于一的情形，但由于采用多次变换，电路中的损耗较大，效率低，而且结构复杂。
直流交流交流直流
图1—1
方案二：
用Boost升压电路，拓扑结构如图1-2所示。
开关的导通和关断受到外部PWM信号控制，电感L将交替的储存和释放能量，电感L储能后使电压泵升，而电容C可将输出电压保持住，输出电压与输入电压的关系为u0=（Ton+Toof）,通过改变PWM控制信号的占空比可以实现相应输出电压的变化。
该电路采取直接直流变流的方式升压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高。
图1-2
二、电路与程序设计
1、系统电路框图
图2-1
MOS管并联使用时要注意防止因为极间电容和分布电容的增加而引起寄生振荡。
功率管一旦发生这样的振荡就会失去控制，并最终造成整个系统不能工作。
防止发生寄生振荡的措施有
（1）在每个栅极导线上设置铁氧磁体小珠。
（2）在每个栅极栅极上串联一个电阻。
（3）在MOS管的漏极与栅极之间接数百pf的电容。
图2-2恒流源电路
图2-3升压电路
图2-3中的1欧|2w电阻R是用于电路的过流保护，R两端的电容C5可滤除高频干扰信号。
2、测量控制回路及程序
图2-4
三、理论分析与计算
1、主回路主要器件参数选择
图2-2输出电流I0与基准电压Vr的关系I0=R3*Vr/（R3+R2）*R1。
R1R2R3分别取1k、1.6k、10欧。
升压电路主回路中L可选用电感量为140~200μH且通过5A以上电流不会饱和的电感器。
电感的设计包括磁芯材料、尺寸、型号选择及绕组匝数计算、线径选用等。
电路工作时重要的是避免电感饱和、温升过高。
磁芯和线径的选择对电感性能和温升影响很大，材质好的磁芯如环形铁粉磁芯，承受峰值电流能力较强，EMI低。
输出电容C2的选定取决于对输出纹波电压的要求，纹波电压与电容的等效串联电阻ESR有关，电容器的容许纹波电流要大于电路中的纹波电流。
选用560μF／50V以上频率特性好的电解电容可满足要求。
续流二极管的选择
续流二极管应采用快恢复二极管,其具有开关特性好、耐压高、正向电流大等优点。
本设计采用的BY299是超快恢复二极管,其耐压值为800V,正向电流为3.0A,最大恢复时间为100ns,满足设计要求。
2、提高效率的方法
（1）选取合适的MOS管。
在恒流源电路中选择两个并联的IRFP260，并联后两个开关管的最小电阻为0.028欧;升压电路由于是PWM芯片直接驱动，因此驱动电流不大，考虑到效率问题，选用IRF640。
它是电压控制器件，要求驱动电流很低，并且开关速度很快，导通电阻很小，这样既减少了开关损耗，也降低了本身寄生电阻的损耗。
（2）在升压电路中开关管的频率越高损耗越大，所以要选择合适的振荡频率。
振荡频率f=1.1/Ct*Rt.我们选择f=50kHZ。
Ct=1uf，Rt=22k欧。
四、测试方案与测试结果
1、测试仪器
测试仪器：
直流稳压源、数字万用表、数字示波器。
2、测试方案及结果
（1）接通S1、S3断S2。
调节直流稳压源令U2=30V。
I0/A
I10/A
Eic/%
1
1.1
0
1.1
1.2
0
1.2
1.3
0
1.275
1.4
1.9
1.375
1.5
1.8
1.45
1.6
3.3
1.525
1.7
4.6
1.65
1.8
2.9
1.75
1.9
2.7
1.825
2.0
3.9
2.025
2.0
1.25
经过测试电流控制精度不低于5%，符合要求。
（2）接通S1、S3断开S2，使I1=2A，U2=30V，S1为电流I1变化率
U2/V
24
26
28
30
32
34
36
I1/A
2
2
1.99
2
2
1.99
2
S1/%
0
0
0.5
0
0
0.5
0
（3）变换器效率
接通S1、S3断开S2，设定I1=2A，U2=30V
U1/V
27.7
27.2
27.5
27.4
27.7
I1/A
2.03
2
1.97
2
2
U2/V
29.9
30
30
29.9
30
I2/A
2.03
1.99
1.97
2
2
n/%
92.6
91
91.7
91.6
92.3
（4）断开S1、接通S2并保持U2=30V，测量变换器效率
U1/V
I1/A
U2/V
I2/A
效率/%
18.5
1.7
30
1
95.3
效率达到95%符合要求
五、总体结论
综合上述各部分的测试结果：
本设计很好的完成了题目的要求部分，发挥部分也完成较好。
本电路的结构合理、性能良好，各个指标完成较好，电路可以自动切换充放电功能并有过流保护功能，使电路运行更安全。
六、附录
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharcodetable[]="0123456789";
ucharcodetable1[]=".A";
sbitlcden=P0^2;//液晶使能端
sbitlcdrs=P0^0;//液晶数据命令选择端
sbitadwr=P0^5;//写信号输入，‘0’启动转换
sbitadrd=P0^4;//读信号输入，‘0’有效
sbitadcs=P0^3;//'0'有效，表示AD被选中启动工作
ucharnum;
voiddelay（uintz）
{
uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
voidwrite_com（ucharcom）
{
lcdrs=0;
P2=com;
delay（5）;
lcden=1;
delay（5）;
lcden=0;
}
voidwrite_data（uchardate）
{
lcdrs=1;
P2=date;
delay（5）;
lcden=1;
delay（5）;
lcden=0;
}
voidinit（）
{
lcden=0;
write_com（0x38）;//设置16X2显示,5X7点阵,8位数据接口
write_com（0x0c）;//设置开显示，不显示光标
write_com（0x06）;//写一个字符后地址指针加1
write_com（0x01）;//显示清零，数据指针清零
}
voidmain（）
{
uintv;
ucharsum,a1,a2,a3,a4,a5;
adcs=0;
init（）;
while
（1）
{
adwr=1;
_nop_（）;
adwr=0;//启动AD转换
_nop_（）;
adwr=1;
{write_com（0x80）;
write_data（table[a1]）;
delay（5）;
write_com（0x80+0x01）;
write_data（table1[0]）;
delay（5）;
write_com（0x80+0x02）;
write_data（table[a2]）;
delay（5）;
write_com（0x80+0x03）;
write_data（table[a3]）;
delay（5）;
write_com（0x80+0x04）;
write_data（table1[1]）;
delay（5）;
/*write_com（0x80+0x05）;
write_data（table[a5]）;
delay（5）;*/
}
P1=0xff;
adrd=1;
_nop_（）;
adrd=0;
_nop_（）;
adrd=1;
sum=P1;
v=sum*510;
a1=v/10000;//整数部分，
a2=v%10000/1000;
a3=v%10000%1000/100;
a4=v%10000%1000%100/10;
a5=v%10;
}
}
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