2015全国大学生电子设计大赛设计归纳总结报告.doc

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1、2015年全国大学生电子设计竞赛双向DC-DC变换器（A题）2015年8月15日摘要设计一个作用于电池储能装置的双向DC-DC变换器，实现电池的充放电功能，我们采用Buck降压斩波电路来实现直流稳压源向电池充电，同时我们采用Boost升压斩波电路来实现电池向直流稳压电源放电。以TL494芯片为核心，设计系统主电路的升降压斩波功能，采用单片机来组成它的测控电路，负责ADCDAC两部分的控制。同时本系统还具有输出电压电流的测量与显示功能关键词：直流稳压源；DC-DC转换；降压；升压；恒流；恒压；目录摘要1

2、关键词11系统方案11.1DC／DC降压模块的论证和选择11.2DC／DC变换模块的论证和选择22系统理论分析与计算32.1电路设计的分析32.1.1主电路的分析42.1.2测控电路的分析42.1.3辅助电源的分析43程序的设计43.1程序功能描述与设计思路4附录1：电路原理图5附录2：源程序61系统方案1.1DC／DC降压模块的论证和选择方案一：LM2596开关型集成稳压芯片LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。可以用仅80

3、μA的待机电流，实现外部断电，具有自我保护电路。方案二：TL494降压开关电源TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。集成了全部的脉宽调制电路，片外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）内置误差放大器，内置线性锯齿波振荡器、5V参考基准电压源、功率晶体管可提供500mA的驱动能力，还有可调整死区时间，推或拉两种输出方式。16通过以上综合分析比较，TL494芯片是DC／DC变换器的理想选择。1.2DC／DC变换模块的论证

4、和选择方案一：Buck型拓扑结构变换器：该方案可在隔离变压器输出端进行三倍压整流，再将直流电压通过Buck型拓扑结构进行降压变换实现。该电路采取直接直流变流的方式实现降压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高，适合本设计的降压恒流恒压电源。图1Buck电路原理图16方案二：型拓扑结构变换器：它的输出电压极性与输入电压相反，但其值可以高于、等于或低于输入电压的值。其输入和输出电流都是连续的，经两个电感的补偿耦合，将输入和输出的波纹电流和电压抑制到零，但内部谐振使传递作用断续或在某些频率上削弱输入波纹抑制

5、。在耦合电感线圈和变压器隔离的结构中，由于“开关导通”初期的冲击耦合电流会引起输出电压反向，并且也存在稳定性问题。图2电路原理图方案三：Boost型拓扑结构变换器：Boost升压斩波电路：拓扑结构如图3所示。开关的开通和关断受外部PWM信号控制，电感L将交替地存储和释放能量，电感L储能后使电压泵升，而电容C可将输出电压保持住，通过改变PWM控制信号的占空比可以相应实现输出电压的变化。图3Boost电路原理图通过以上综合分析比较，Buck型拓扑结构变换器是DC／DC变换器的理想选择。2系统理论分析与计算

6、2.1电路设计的分析本文设计并制作用于电池储能装置的双向DC-DC变换器，实现电池的充放电功能，功能可由按键设定，亦可自动转换，该电路包括主电路，测控电路，辅助电源和保护电路四部分。该电路就是BUCK降压恒压恒流电源电路，可以根据你DAC输出的电压信号进行恒压恒流切换。162.1.1主电路的分析主回路由DC-DC双向电路构成。当输入直流稳压电源通过负载，U2=30V时，实现对电池恒流充电，充电电流I1在1~2A范围内步进可调，步进值不大于0.1A，电流控制精度不低于5%，可采用buck电路。因为5节1

7、8650带保护板可充电锂电池串联充电电压为21V,所以采用TL494降压模块将输入电压U2降到24V。2.1.2测控电路的分析测控电路由AD/DA端通过取样电阻获取电压电流信息，传递给单片机处理后输出并显示电压电流。并通过单片机控制继电器切换主回路的充放电状态。使得主回路达到恒流或恒压的工作状态，同时可以通过单片机对恒流电流实现步进可调。2.1.3辅助电源的分析辅助电源电路由两个固定式集成三端稳压器组成，集成芯片分别为LM7815和LM7915，220V的交流电通过直流稳压电路形成18V左右的直流电，

8、通过辅助电源电路生成稳定的正负15V电压，提供给电路中芯片所需的电压，从而使芯片和电路正常工作。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下图所示直流稳压电流通过负载时，同时在变压器副边检测的电压、电流信号通过AD/DA模块后，获取到电流电压送入STC89C51单片机对其进行分析处理，外接LCD液晶显示电流电压。当输出电压大于电压检测端，电压超出阀值，起过流保护作用。负载电池升压模块降压模块直流稳压电源单片机控制系统模式切换Lc