DC-DC双向变换器

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1、2015年全国大学生电子设计竞赛DC-DC双向变换器（A题）完成人：石永健（电子三班201340602081）2015年8月1413摘要本系统以同步整流升降压电路为主，采用MSP430F5525单片机为控制核心。正向可以作为BUCK降压电路为电池充电，反向则可作为BOOST升压电路放电，经AD采样后由单片机调整PWM波输出，实现反馈控制。实验结果表明：当输入在24~36V条件下，充电时，充电恒流值十分稳定，电流控制精度为0.5%，充电电流变化率不大于0.5%，效率可高达96%。充电时，变换器效率高达97%。此外本系统还有充电电流显示，过充保护，自动切换等功能。关键词：D

2、C-DC双向变换；MSP430F5525；PWM反馈；恒流充电；同步整流13目录1.方案论证31．1双向变换电路的论证与选择31.2控制方案的论证与选择41.3驱动方案的论证与选择42．1电路的设计42.1.1系统总体框图42.1.2电流检测子系统电路原理图52.1.3驱动模块电路原理图52.2程序的设计62.2.1程序功能描述62.2.2程序流程图63.系统理论分析与计算73.1主电路的分析73.1.1同步整流电路的分析73.1.2同步整流电路参数计算83.2恒流充电方案的分析84.测试方案与测试结果94.1测试仪器94.2测试方案94.3测试结果及分析105．体会心

3、得106．参考文献10附录1：电路原理图1113双向DC-DC变换器（A题）【本科组】1.方案论证1．1双向变换电路的论证与选择方案一：采用BUCK与BOOST电路分段组合，如图1-1-1和1-1-2。当给电池充电时，采用BUCK降压电路，为锂电池充电。当电池放电时，采用BOOST拓扑，实现升压，将放电电压稳定在30V。然而，由于该方案由多个电路组合，采样和控制比较复杂且效率低。图1-1-1BUCK电路图1-1-2BOOST电路方案二：采用同步整流拓扑，如图1-1-3。该方案采用两个MOS管交替导通，从正向看过去，该电路为降压电路，从反向看过去，该电路为升压电路。因此，

4、该拓扑无需切换电路即可实现充放电。由于MOS管导通电阻远小于二极管导通电阻，所以该拓扑效率可以达到很高。图1-1-3同步整流电路基本拓扑电路13综合以上两种方案，选择方案二。1.2控制方案的论证与选择方案一利用PWM专用芯片产生PWM控制信号。此法较易实现，工作较稳定，但就本题而言，不易实现输出电压的键盘设定和步进调整。方案二利用单片机产生PWM控制信号。让单片机根据反馈信号对PWM信号做出相应调整以实现稳压输出。这种方案实现起来较为灵活，可以通过调试针对本身系统做出配套的优化。但是系统调试比较复杂。综合以上两种方案，选择方案二。1.3驱动方案的论证与选择方案一：采用单

5、片机I/0输出直接驱动MOS管。该方案较为简单，但是用单片机驱动G极和S极电压达不到MOS管最低导通电压，并且单片机只有最高只有5V电平，用单片机驱动，MOS管导通速度会很慢，MOS管损耗大，造成效率降低。方案二：采用专用的H桥驱动IR2110。IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS制造工艺，DIP14脚封装。具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，输出的电源端电压范围10～20V,完全可以满足需求。综合以上两种方案，选择方案二。2.电路与程序设计2．1电路的设计2.1.1系统总体框图电池组直流稳压源显示按键MSP430F5525单片机DC-DC双向转

6、换电路过充保护电路负载放电放电充电充电PWM反馈AD采样图2-1-1系统总体框图132.1.2电流检测子系统电路原理图电流检测子系统电路如2-1-2，充电电流通过康铜丝电阻采样，经过INA282放大后，送入TLC2543采样，送入单片机处理。图2-1-2电流检测子系统电路2.1.3驱动模块电路原理图驱动子系统电路如图2-1-3图2-1-3驱动电路132.2程序的设计2.2.1程序功能描述1)产生PWM波经过IR2110驱动MOS管，AD采样并反馈2)键盘实现功能：选择充放电模式，电流步进。3)显示部分：显示充电电流，放电电压，工作模式。2.2.2程序流程图自动切换模式模

7、式选择放电模式初始化按键输入充电模式开始状态显示结束1）主程序流程图2-2-2-1主程序流程132）子程序流程图设定电流预值充电模式是否过充产生PWM波放电模式产生PWM波监测U2自动切换模式产生PWM波监测U2U2是否大于30V调整PWM波监测I1放电模式充电模式调整PWM波结束YN图2-2-2-2子程序流程1图2-2-2-3子程序流程2图2-2-2-4子程序流程33.系统理论分析与计算3.1主电路的分析3.1.1同步整流电路的分析主电路如图3-1-1所示，HO和LO是驱动芯片输出信号，为频率相同相位相反的PWM信号。从正向看，由于Q1