基于升降压电路的双向DCDC变换电路文档格式.docx

1、方案二：采用 Buck-Boost 电路，选择合适的开关管、续流二极管，电能的转化效率高， 且电路简单，功耗小，稳压范围宽，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 干扰且输出纹波较大。所以实际应用时常加有输入， 输 出滤波器。方案一简单轻便但会影响电源的效率，而方案二中的 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，所以采用方案二。1.2测控电路系统的论证与选择方案一：采用基于 51 单片机的数控电路，测控精度高，但不能连续可调，制作过程复杂， 工作量大，并且造价高，维护复杂。 基于 UC3843 的测控电

2、路，电路简单，效率高，可靠性高，但随着负载的增大， 输出波形变得不稳。综合考虑采用采用方案二。2系统理论分析与计算2.1双向Buck-BOOST 主拓电路的分析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、和电容构成。 如下图 1 所示。Buck-Boost 变换器也有电感电流连续和断续两种工作方式。图 2 是电感电流 连续时的主要波形。图 3 是 Buck-Boost 变换器在不同工作状态下的等效电路图。电感电流 连续工作室时，有两种工作模式，图（3a）的开关管 S1

3、 导通时的工作模式，图 3（b）是开关 管 S1 关断、 L 续流时的工作模式。图 1 主电路图2 电感电流连续工作波形S1 导通 S1 断开图 3 Buck-Boost 不同开关模式下等效电路2.2电感电流连续工作原理和基本关系 电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有开关管 S1 导通和开关管 S1 关断两种工作 模态。在开关模态 10 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iLmax ，S1关断。在S1导通期间电感电流增加量 iLf在开关模态 2ton T:稳

4、态工作时，S1 导通期间iLf 的增长量应等于 S1 关断期间iLf 的减小量，或作用在电感Lf 上电压的伏秒面积为零，有：由（2-8）式，若 Dy =0.5，则Vo =Vin ；若 Dy 0.5，则Vo 0.5，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iLf 等于 S1 和 D 导通期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iQmax 、iDmax 等于电

5、感电流最大值iLfmax 。S1 导通期间，电容Cf 电压的变化量即输出电压脉动 Vo 由 S1 导通期间Cf 放电量QCf = Io Dy T 计算，因QC f =Cf Vo ，故：2.3 控制方法与参数计算1.Boost 电路控制方法：负反馈。2.Buck 电路控制方法：正反馈+负反馈。4.反馈深度：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:2.5V36V、电压参考误差：0.4% ，典型值25（TL431B）、低动态输出阻抗:0.22 （典型值）、温度补偿操作全额定工作温度范围、负载电流 1.0 毫安-100 毫安。全温度范围 内温度特性平坦，典型值为 50

6、 ppm/，最大输入电压为 37V、最大工作电流 150mA、内基 准电压为 2.495V（25C）。6.软件算法：15f2k60s2 单片机是高速/低功耗的单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机 器周期可任意选择，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。工作电压：5.5V - 3.8V（5V 单片机）/3.8V - 2.4V（3V 单片机）、工作频率范 围： 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/

7、61K/字节、片上集成 1280 字节/512/256 字节 RAM、工作温度范 围：0-75/-40-+85。提高效率的方法：提高频率，改善电路结构。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：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，

8、采用基于LM7805和 LM7815 的直流稳压电路给单片机、 放大器供电。3.2 程序设计采用基于 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.hintrins.hcodetab.hLQ12864.hstdio.hadc.hPCA.h#define Timer0_Reload （65536UL -（MAIN_Fosc / 1000） /Timer 0 中断 频率, 1000次/秒#define P1n_pure_input（bitn） P1M1 |= （bitn）, P1M0 &= （bitn）typ

9、edef unsigned char BYTE;sbit X9313W_INC = P32; /计数脉冲输入端，下降沿触发sbit X9313W_UPDN = P33; /方向，高电平加、低电平减sbit X9313W_CS = P34; /片选,低电平有效/*（STC12C5608AD 11MHZ z=1 时精确延时 1ms）void delayms（unsigned int z）unsigned int x,y;for（x=z; x0; x-） for（y=1848; y y-）;void X9313W_SetVol（unsigned char RNumber） unsigned char

10、 i;X9313W_INC = 1;_nop_（）; X9313W_CS = 0; X9313W_UPDN = 0;for（i=0;i32;i+） X9313W_INC = 1; X9313W_INC = 0;X9313W_UPDN = 1; for（i=0;RNumber;i+）X9313W_INC=1; _nop_（）; X9313W_INC=0; X9313W_INC = 1; X9313W_CS = 1; X9313W_UPDN = 1; X9313W_INC = 1;void X9313W_IncVol（unsigned char RNumber） /先调到 0/调到指定值/电阻值保

11、存X9313W_CS = 0; / 加 RNumber 个指定值X9313W_INC=0; / 电阻值保存X9313W_CS = 1;void X9313W_DecVol（unsigned char RNumber）X9313W_UPDN = 0; / 减 RNumber 个指定值/* 本地函数void DelayXus（BYTE n）;外部函数声明和外部变量声明 */bit B_1ms; /1ms 标志 u16 msecond;u16 Bandgap;unsigned int step;/* PWM 配置函数 */* ADC 配置函数 */void ADC_config（void）ADC_I

12、nitTypeDef ADC_InitStructure;/结构定义ADC_InitStructure.ADC_Px= ADC_P1_All;/设置要做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;功率允许/关闭 ENABLE,DISABLEADC_InitStructure.ADC_AdjResult = ADC_RES_H8L2

13、; /ADC 结果调整,ADC_RES_H2L8,ADC_RES_H8L2ADC_InitStructure.ADC_Polity = PolityLow; /优先级设置PolityHigh,PolityLowADC_InitStructure.ADC_Interrupt = DISABLE; /中断允许 ENABLE,DISABLE ADC_Inilize（&ADC_InitStructure）;/初始化ADC_PowerControl（ENABLE）;/单独的ADC 电源操作函数, ENABLE 或DISABLE/ P1n_pure_input（10） |（11） |（12） | （13）

14、|（14） | （15）|（16） | （17）; /把 ADC口设置为高阻输入void main（void）/ unsigned char i;/ int a;u16 j;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（）;EA = 1; /打开总中断LCD_CLS（）;LCD_P8x16Str（0,

15、0,step:）; LCD_P8x16Str（0,2,AD0:LCDlPSxl6SmF4=ADl-）X9313wlssvol（oxSfePHWhiIe（I）宀if（Bllms）InlS（LCDlCLSBlms H if（+msecond VHlOo）3 OOmsmsecond H 0-GIADC 1 ObifReSU=（O）-j GIADC10bResu（adis0SPi-tf（c%2fA.50 二 0240xLCDlPSXl6str（402j H GIADC10bResu（5xad ISiI 1SPi-tf（c%2fv.3o 二 0240xLCDlPkl6str（404if（p24N0）Sg

16、+- if（epH3 2）ep0 -if（p25N0）if（ep;HHo）Sfep31 -X9313wlsv（epxSPrtf（c%2dJeprdayms（100x*Timero ImS -u VOid ner （VOid） imerrupf TlMERoIVECTOR=DiSPlaySCan （-/Imsffi25laB_1ms = 1;/1ms 标志4测试方案与测试结果4.1测试方案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 功能的完整性，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，测试两者功能的完整

17、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 功能。4.2测试条件与仪器 测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误， 硬件电路保证无虚焊。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测试结果及分析4.3.1 测试结果（数据） 基础部分测试结果（数据）1、恒流充电测试由基本要求 1：在U2=30V、充电电流在在 12A 范围内可调条件下，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1234567理论值A1.101.201.301.401.50

18、1.601.70实际值A1.001.111.311.44平均精度6%充电时I1的变化率测试由基本要求 2:I1=2A,调整直流稳压电源输出电压，使U2在 2436V 范围变化，计算I1的 变化率，如表 2。表 2 变化率U2242628303234I1 实际值A1.992.002.012.02I1变化率0.5%1%平均变化率0.45%3、变换器的效率测试由基本要求 3：I1=2A，U2=30V，条件下，测量U1和I2的值，变换器的效率如下。表3 变换器效率U1 （A）I2 （A）201.49所 以 =（U1I1）（U2I2 ）100%=89.5%。经计算变换器的转换效率=90%。4、 I1的测

19、量精度由基本要求 4：I1在 12A 内变化，所测试量充电电流I1的测量精度如表 4。表 4 电流 I 1 的测量精度1.21.41.61.82.0测量值A1.191.391.61精度0.8%0.7%0.6%平均值0.52%发挥部分测试结果（数据）由发挥部分要求 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）18.518.4I1 （A）2.6482.6312.6362.680U2 （V）30.530.430.51.511.52效率 94%4.3.2 测试分析与结论 根据上述测试数据，并经过计算分析，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化率为 0.45%，满足了题目对电流变化率的要求，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，基本满足题目要求。4.有测量数据可知电路有充电过呀保护、较高精度显示充电电流的功能。