雙向DC-DC變換器

于成金 賈婷 江旭 陳琪彤

沈陽工學院信息與控制學院

雙向DC-DC變換器

于成金 賈婷 江旭 陳琪彤

沈陽工學院信息與控制學院

本系統(tǒng)以Buck和Boost并聯(lián)，實現(xiàn)雙向DC-DC交換，以STM32為核心控制芯片。Buck降壓模塊使用XL4016開關降壓型轉(zhuǎn)換芯片，通過單片機閉環(huán)實現(xiàn)恒流輸出控制。放電回路選擇Boost升壓模塊，以UC3843作為PWM控制器，組成電壓負反饋系統(tǒng)，通過調(diào)整PWM的占空比，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。系統(tǒng)能自動檢測外部電源電壓變化，在負載端電源較高時自動切換成充電模式，反之切換為放電狀態(tài)。系統(tǒng)具有過流、過壓保護功能，并可對輸出電壓、電流進行測量和顯示。

DC-DC交換 Buck Boost PWM控制

1 硬件設計

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，主要包括DC-DC降壓充電模塊、DC-DC升壓放電模塊、MCU控制模塊、顯示單元、轉(zhuǎn)換開關、穩(wěn)壓電源、電池組七部分組成。本系統(tǒng)可實現(xiàn)手動和自動充放電模式選擇。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

工作原理：轉(zhuǎn)換開關調(diào)整為充電模式，直流穩(wěn)壓電源輸出大于30V電壓，經(jīng)降壓模塊以小于24V電壓、2A恒定電流為電池組充電。當轉(zhuǎn)換開關調(diào)整為放電模式時，電池組輸出電壓經(jīng)UC3843升壓模塊達到30V為負載供電。

1.1 充電系統(tǒng)原理

充電系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 充電系統(tǒng)框圖

采用XL4016做Buck調(diào)整，F(xiàn)B腳接電流負反饋。由0.05電阻將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺⒎糯?0倍，這時就將電流的誤差也放大，使誤差判斷器更準確的判斷誤差。單片機采集放大后的電流信號并給出基準電壓，誤差放大器判斷將結果送入FB端，控制輸出電壓的變化，從而達到控制電流。

1.2 放電系統(tǒng)原理

放電模式時，電池作為電源通過變換器提供高壓側(cè)負載能量，輸出恒定30V電壓到負載。因為要求恒壓輸出，所以引入電壓負反饋。反饋回的電壓信號接到UC3843電壓反饋端，與內(nèi)部基準電壓比較，控制PWM波脈寬，因此達到控制輸出電壓的目的。

PWM控制開關管導通，電感以v/L速度充電，把能量儲存在L中。當開關管截止時，L產(chǎn)生反向感應電壓，通過二極管D把儲存的電能以（U-Vo）／L的速度釋放到輸出電容器Cs中。輸出電壓由傳遞的能量控制，傳遞的能量通過電感電流的峰值控制。開關信號的頻率為60KHz，可以達到穩(wěn)定輸出30V電壓。

單片機采集負載電壓，判斷如果電壓小于30V則轉(zhuǎn)換充電模式，否則為返點模式，因此到到自動切換目的。

2 軟件部分設計

2.1 程序功能描述

軟件部分主要實現(xiàn)AD采集、鍵盤設置和顯示。

1）AD采集：恒流充電電流采樣，過壓保護電壓采樣，自動切換電壓采樣。

2）鍵盤實現(xiàn)功能：步進調(diào)節(jié)充電電流。

3）顯示部分：顯示充電電流、輸出電壓。

2.2 程序設計思路

單片機上電后，實時采集充電電流，在單片機內(nèi)部進行運算，通過液晶屏顯示。充電時單片機采集到電池充電電壓，判斷如果電壓大于24V，則單片機控制開關斷開，停止充電。放電時，單片機采集負載兩端電壓，判斷電壓是否大于30V，如果大于則系統(tǒng)切換為充電模式，否則為放電模式。

2.3 程序流程圖

主程序流程圖如圖所示，自動切換子流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

3 結論

①在充電模式下，電流步進值不大于0.1A，誤差精度小于5%。

②具有良好的變化率和控制精度。

③具有過程保護功能和較高的變換器效率。

④放電模式時，30V穩(wěn)壓性能好。

[1]（美）馬尼克塔拉著，王志強等譯.精通開關電源設計.北京：人民郵電出版社

[2]長谷川彰.開關式穩(wěn)壓器的設計技術（第一版）.北京科學出版社,1989

賈婷(通訊作者)：女，沈陽工學院信息與控制學院電子信息教研室，職稱：講師。