双向DCDC变换器

1、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DCD（变换器；恒流源；TL4941、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，

2、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 MOST组成的压控型恒流源，利用运放来驱动 功率管MOSFE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?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 本设计米用方案二。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，

3、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。直流逆变电路交流变压器交流 整流电路滤波器直流图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!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 uO=(Ton+Toof),通过改变PW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，效率较图1-2二、电路与程序设计1、系统电路框图图2-1MOS管并联使

4、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!的漏极与栅极之间接数百pf 的电容。图2-3升压电路图2-3中的信号。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2、测量控制回路及程序' OBMl ii E - * " * fc* ' *' LI I I 1 " II 9糊蠹麗腫g圈嗣!?illIII!iSj:III l!|O3 ：

5、2-： . . . . 1暮若-.皿.* B - nHCOB ?.'：=： = qKr!：! !:UlWmuill111BSSSci I I UUUXABII!IIIIMIII巫!»!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10与基准电压 Vr的关系IO=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140200卩H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

6、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560卩F/ 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

7、电阻为0.028欧;升压电路由于是PWM5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=30VI0/AI10/AEic/%11.101.11

8、.201.21.301.2751.41.91.3751.51.81.451.63.31.5251.74.61.651.82.91.751.92.71.8252.03.92.0252.01.25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/V24262830323436I1/A2 t21.992 t21.992S1/%000.5000.50(3)变换器效率接通 S1、S3 断开 S2,设定 I1=2A, U2=30VU1/V27.727.227.527.427.7I1/A2.0321.9722U2/V29.930302

9、9.930I2/A2.031.991.97°2n/%92.69191.791.692.3(4)断开S1、接通S2并保持U2=30V测量变换器效率U1/VI1/AU2/VI2/A效率/%18.51.730195.3效率达到95%f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。12六、附录#in clude<reg52.h>#i ncludevi ntri ns.h>#defi ne uchar un sig

10、 ned char#defi ne uint un sig ned intuchar code table="0123456789"uchar code table1=".A"sbit lcde n=P0T;/液晶使能端sbit lcdrs=P0A0;/液晶数据命令选择端sbit adwr=P0A5;/写信号输入， 0'启动转换sbit adrd=P0A4;/读信号输入，0'有效sbit adcs=P0A3;/'0'有效，表示AD被选中启动工作uchar num;void delay( uint z)uint x,y;fo

11、r(x二z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void write_com(uchar com) lcdrs=O;P2=com;delay(5);Icde n=1;delay(5);Icde n=0;void write_data(uchar date)lcdrs=1;P2二date;delay(5);lcde n=1;delay(5);lcde n=0;void in it()Icde n=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

12、地址指针加1write_com(0x01);显示清零，数据指针清零void mai n()uint v;uchar sum, a1,a2,a3,a4,a5;adcs=0;ini t();while(1)adwr=1;_nop_();adwr=0; /启动AD转换_nop_();adwr=1;write_com(0x80); write_data(tablea1);delay(5);write_com(0x80+0x01);write_data(table10);delay(5); write_com(0x80+0x02);write_data(tablea2);delay(5);write_com(0x80+0x03);write_data(tablea3);delay(5);write_com(0x80+0x04);write_data(table11);delay(5);/*write_co