基于Buck-Booost电路的双向DC-DC变换电路毕业设计
基于双向DC-DC电路的Buck 开关稳压电源参考设计
基于双向DC-DC 电路的Buck 开关稳压电源设计设计要求:(1)输入电压:20VDC ~30VDC (2)输出电压:15VDC ±1% (3)输出额定电流(I orated ):2A (4)最小负载电流(I omin ):0.2A (5)过载保护动作电流:2.2A ~2.5A (6)电源调整率: %5.0U ≤S (7)负载调整率: %5.0I ≤S (8)输出纹波:V 15.0opp ≤∆U 参考设计: 1、主电路设计 (1)滤波电感设计输出最小电流为0.2A ,最大负载阻抗Ω57Lmax =R ,设计此时电感电流临界连续。
当输入电压变化时,占空比变化范围为:75.0max =D 、5.0min =D μH 375)1(21Lmax min 1=-≥T R D L 取 μH 3751=L A 4.0)1(dmaxmin min Lpp1=-=∆fL U D D IA 2.0)1(dminmax max Lpp2=-=∆fLU D D I电感最大峰值电流 A 7.22.05.221Lppmax omax Lmax =+=∆+=I I I 电感电流最大有效值 A 2orated Lrmsmax =≈I I 采用EI28磁芯,电感设计数据如下: 材料: TP3或TP4,最大磁密:T 3.0m =B初级绕组匝数: 1.40m e Lmax==B A LI N 取 41=N 气隙垫层核算: Lmax 0m2NI B ≈⨯δμ 气隙垫层 mm 23.0=δ电感绕制参数:初级绕组线径:ϕ0.35mm 漆包线3股并绕41匝 气隙垫层:3层纸 (2)输出滤波电容设计 μF 8.28)1(opp2min min dmax =∆-≥U Lf D D U C 考虑等效串联电阻影响,电容选择应满足oppmax esr Cmax U R I ∆≤∆,对于大多数铝电解电容,有,电容选择应满足F 10656esr ⋅Ω⨯≈-C R oppmaxCmax61065C ⨯≥U I ∆∆⨯-,由于,有:Lmax Cmax I I ∆=∆F 101736-⨯=15.04.06-⨯1065⨯≥C 取 μF 2201913==C C μF 4718=C(3)主电路开关元件设计MOS 管最大有效值电流 A 7.1max orated VTrmsmax =≈D I I同步整流MOS 管最大有效值电流 A 4.11min orated VTrmsmax =-≈D I I MOS 管选择:额定电流不小于3A ,额定电压不低于100VMOS 管选择:IRF630N 额定电流9.3A 额定电压200V 开通时间:ns 22r don on ≈+≈t t t 关断时间:ns 42f doff off ≈+≈t t t 峰值脉冲电流:A 37sm =I(4)RCD 缓冲电路设计1)电路运行基本条件MOS 管关断时DS 间最高电压U ABmax :V 30dmax ABmax ==U UMOS 管最小占空比D min 或最小导通时间t onmin :5.0min =D , μs 10onmin =t MOS 管最大负载电流I Amax :A 7.2Lmax Amax ==I I MOS 管开关频率f :kHz 50=f μs 20=T MOS 管的关断时间t f :ns 15f =t MOS 管允许最大电压上升率:无要求MOS 管导通允许最大峰值电流I Cpmax :A 37Cpmax =I MOS 管开通允许最大电流上升率:无要求 2)参数设计C s 电容选择:dmin Cf SfAmax 2U U C t I <<= nF 68.0S >>C 电容选取:、额定电压50VnF 2.2S =C 3)R s 参数设计(5分)μs 103onmin S S =≤t C R Ω<152S R Cpmax max A SABmaxI I R U <+ Ω>9.0S RW 05.0212ABmax S R =≥U fC P R s 电阻选取:20Ω 0.25W4)二极管选择MOS 管额定电流:A 7.1VTrms ≈I VD s 额定电流:1057.17.1sa VD ⨯⨯≥k I 取0.2A 左右VD s 额定电压:不小于30V二极管选取:HER102 额定电流1A ,额定电压100V 2、控制电路设计(1)开关频率设置选择SG3525A 控制芯片,由于该芯片为双端输出控制,故电路采用双路脉冲合成模式,主电路采用双向DC-DC 变换电路。
基于Buck_Boost拓扑的数字DC_DC变换器设计
基于Buck-Boost拓扑的数字DC-DC变换器设计杜英1,郝茂森2(1.山西农业大学信息科学与工程学院太谷,030051;2.总装备部工程兵军代局驻西安和兰州地区军代室)*基金项目:山西农业大学科技创新基金(201321)。
摘要:针对常规DC-DC变换器输出电压调整困难、反馈实现复杂、智能化程度低的问题,提出了一种新型的能够根据用户要求快速改变输出电压的DC-DC变换器,并且能够根据电源输入的电压变化情况实时调整控制参数,实现稳定的电压输出,且输出电压不受输入电压变化的影响。
通过对不同负载和电源输入变化的实验验证,该DC-DC变换器具有输出电压稳定精确、纹波率小、反馈快速准确的特点,对于某些对输入电压稳定性要求高的场合有实际应用意义。
关键词:DC-DC变换;开关电源;Buck-Boost;DSP中图分类号:TN86 文献标识码:ADigital DC-DC Converter Based on Buck-Boost TopologyDu Ying1,Hao Maosen2(1.College of Information Science and Engineering,Shanxi Agricultural University,Taigu 030051,China;2.The Military Representative Office of Engineer Military Representative Bureau in Xi’an and Lanzhou)Abstract:Against the fact that the voltage values of DC-DC converter is difficult to adjust due to complex feedback and low degree of in-telligence,this paper proposes a new type of DC-DC converter that can be adjusted easily.This converter can adjust the control parame-ters along with the input voltage,keeping the output voltage stable.Experiments of different loads and input voltage show that this DC-DC converter has the advantage of stable output voltage,low voltage fluctuation,quick and accurate feedback.It has practical meaningin terms of requiring stable output voltage.Key words:DC-DC conversion;switching power supply;Buck-Boost;DSP引 言随着半导体技术和大功率集成电路制造技术的发展,DC-DC变换技术有效克服了开关频率低、效率低、体积大的缺点,从而得到广泛的应用[1-2]。
毕业设计基于Buck结构的DCDC转换器建模与仿真设计
目录摘要 (1)Abstract (2)1 绪论 (3)1.1电力电子技术的概述 (3)1.2开关电源的研究现状和发展趋势 (3)1.3 Buck斩波电路的研究意义 (5)1.4 论文的主要研究容 (6)2 Buck斩波电路的原理 (7)2.1 Buck变换器的连续导电模式 (8)2.2 Buck变换器电感电流不连续的导电模式 (10)2.3 电感电流连续的临界条件 (11)2.4 纹波电压ΔU O及电容计算 (12)2.5参数的计算 (12)3 Buck斩波电路的建模 (14)3.1开关电路的建模 (14)3.1.1理想开关模型 (14)3.1.2状态空间平均模型 (15)3.1.3小信号模型 (17)3.2系统的传递函数 (18)3.2.1降压斩波电路的传递函数 (18)3.2.2 PWM比较器的比较函数 (20)3.2.3调节器的传递函数 (21)4 控制电路的设计 (22)4.1电压模式控制电路的设计 (22)4.1.1电压调节器的结构形式 (22)4.1.2电压调节器的参数 (23)4. 2 控制电路结构 (24)5 Buck斩波电路的控制仿真研究 (25)5.1 Matlab简介 (25)5.2 Buck斩波电路主电路的仿真 (25)5.3 Buck斩波电路的PID控制算法的仿真 (27)6全文总结及展望 (30)参考文献 (31)附录1:主电路仿真模型 (32)附录2:主电路仿真波形图 (33)附录3:PID仿真图 (34)致 (35)摘要随着电子产品与人们工作和生活的关系日益密切,便携式和待机时间长的电子产品越来越受到人们的青睐,它们对电源的要求也越来越高。
DC-DC开关电源芯片是一种正在快速发展的功率集成电路,具有集度高,综合性能好等特点,具有很好的市场前景和研究价值。
论文在研究开关电源技术发展现状和前景的基础上,设计一种Buck型DC-DC 开关电源的设计。
首先对主电路的工作原理和系统构成进行了研究和分析,包括工作过程中各个元器件的工作状态和工作特点。
双向DCDC变换器设计
双向DC/DC变换器设计学生姓名:学科专业:电气指导教师:摘要二十一世纪以来,电力电子技术得到了飞速的发展,开关电源逐渐由满足电力转换需求向提高电能转换效率,减小体积,提高工作频率的目标发展。
双向DC/DC变换器是典型的“一机两用”设备,可以满足绝大部分充放电场合的需求,因此设计了基于双向Buck/boost拓扑的变换器,当该电路正向使用时,即使用Buck电路对电池进行充电,反向使用时,即使用Boost电路电池进行放电。
通过比较分析开关电源常用拓扑,对其工作原理进行了详细的分析,对该系统的硬件电路进行了设计,并对电路中的主要元件的器件选型进行了分析和总体设计,最后,根据设计的电路进行实物制作,并根据实际电路的情况对元器件参数进行调整,所设计电路基本满足要求。
关键词:开关电源双向DC/DC 双向Buck/Boost STC12C5A60S2AbstractSince the 21st century, power electronics technology h as developed rapidl y. Switching power supplies have gradual l y developed from meeting the needs of power conversion to improving the efficiency of power conversion, reducing the size, and increasing the working frequency. With the popularization of portable devices, the requirements for portable charge and discharge batteries are also increasing. Therefore, a converter based on a bidirectional Buck / boost topology is designed. When the circuit is used in the forward direction, the batter y is charged using t he Buck circuit. When used in reverse, the Boost circuit battery is used for discharge. By comparing and anal yzing the common topologies of switching power supplies, a detailed anal ysis of its working principle, the design of the hardware ci rcuit of the s y stem, and the anal ysis and overall design of the device selection of the main components of the circuit, and finall y, according to the design The circuit is made in kind, and the component parameters are adjusted according to the actual circuit. The design ed circuit basicall y meets the requirements.Key words Switching power suppl y bidirectional DC/DCBidirectional Buck / Boost STC12C5A60S2目录摘要 (I)Abstract.................................................................................. I I 第1章绪论 (1)1.1 选题背景及意义 (1)1.2 国内外发展现状 (1)第2章拓扑的比较和分析 (3)2.1 主要设计内容及预期目标 (3)2.2 双向DC/DC变换器基本原理 (3)2. 3 双向DC/DC变换器分类 (4)2.4 拓扑的比较与选择 (5)2.4.1 双向Buck-Boost变换器原理 (5)2.4.2 双向全桥变换器原理 (6)2.5双向Buck-Boost变换器系统结构 (7)第3章电路设计及器件选型 (8)3.1 主电路设计及器件选型 (8)3.1.1 双向Buck-Boost变换器电路设计 (8)3.1.2 开关管的选择 (10)3.1.3 电流检测电路 (10)3.1.4 电感的计算与材料选择 (12)3.2 控制电路设计及器件选型 (14)3.2.1 控制芯片选型 (14)3.2.2 控制芯片简介 (15)3.3 驱动电路设计及器件选型 (18)3.4 辅助电源设计 (19)第4章软件设计 (20)综合考虑,软件的设计语言选择C语言。
【毕业设计】基于Buck结构的DCDC转换器建模与仿真
【毕业设计】基于Buck结构的DCDC转换器建模与仿真目录摘要 (1)Abstract (2)1 绪论 (3)1.1电力电子技术的概述 (3)1.2开关电源的研究现状和发展趋势 (4)1.3 Buck斩波电路的研究意义 (6)1.4 论文的主要研究内容 (6)2 Buck斩波电路的原理 (8)2.1 Buck变换器的连续导电模式 (9)2.2 Buck变换器电感电流不连续的导电模式 (12)2.3 电感电流连续的临界条件 (13)2.4 纹波电压ΔU O及电容计算142.5参数的计算 (14)3 Buck斩波电路的建模 (17)3.1开关电路的建模 (17)3.1.1理想开关模型 (17)3.1.2状态空间平均模型 (19)3.1.3小信号模型 (20)3.2系统的传递函数 (22)3.2.1降压斩波电路的传递函数 (22)3.2.2 PWM比较器的比较函数 (24)3.2.3调节器的传递函数 (25)4 控制电路的设计 (27)4.1电压模式控制电路的设计 (27)4.1.1电压调节器的结构形式 (27)4.1.2电压调节器的参数 (28)4. 2 控制电路结构 (29)5 Buck斩波电路的控制仿真研究 (30)5.1 Matlab简介 (30)5.2 Buck斩波电路主电路的仿真 (30)5.3 Buck斩波电路的PID控制算法的仿真 (32)6全文总结及展望 (35)参考文献 (36)附录1:主电路仿真模型 (37)附录2:主电路仿真波形图 (39)附录3:PID仿真图 (40)致谢 (41)摘要随着电子产品与人们工作和生活的关系日益密切,便携式和待机时间长的电子产品越来越受到人们的青睐,它们对电源的要求也越来越高。
DC-DC开关电源芯片是一种正在快速发展的功率集成电路,具有集度高,综合性能好等特点,具有很好的市场前景和研究价值。
论文在研究开关电源技术发展现状和前景的基础上,设计一种Buck型DC-DC开关电源的设计。
2015年全国大学生电子设计竞赛双向DCDC电源设计报告概论
2013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12日摘要本系统以Buck和Boost并联,实现双向DC-DC交换,以STM32为核心控制芯片。
Buck降压模块使用XL4016开关降压型转换芯片,通过单片机闭环实现恒流输出控制。
放电回路选择Boost升压模块,以UC3843作为PWM控制器,组成电压负反馈系统,通过调整PWM的占空比,实现稳压输出。
系统能自动检测外部电源电压变化,在负载端电源较高时自动切换成充电模式,反之切换为放电状态。
系统具有过流、过压保护功能,并可对输出电压、电流进行测量和显示。
关键字:DC-DC交换;Buck;Boost;PWM控制AbstractThe system is Buck and Boost parallel, to achieve two-way DC-DC exchange, STM32 as the core control chip.The Buck Buck module uses the XL4016 switch Buck converter chip, takes the current signal in the output, controls the feedback of XL4016, completes the closed-loop control, and realizes the constant current output. Boost boost module uses UC3843 as the PWM control chip, according to the output voltage negative feedback signal to adjust the PWM signal, the closed-loop control is carried out, in order to achieve the regulator output.System can automatically switch charge and discharge mode, can also be manually switch. The system has the function of over current and over voltage protection, and can measure and display the output voltage and current.Key words: bidirectional DC-DC converter, Buck, boost, PWM control目录1系统方案 (1)1.1 升、降压电路的论证与选择 (1)1.2 系统组成及控制方法 (1)2系统理论分析与计算 (2)2.1 电路设计与分析 (2)2.1.1 提高效率的方法 (2)2.1.2 控制回路分析 (2)2.2 控制方法分析 (2)2.3 升压、降压电路参数计算 (3)2.3.1 元件选取 (3)2.3.2 电感计算 (3)3电路与程序设计 (4)3.1电路的设计 (4)3.1.1系统总体框图 (4)3.1.2 充电系统原理 (4)3.1.3 放电系统原理 (5)3.2程序的设计 (5)3.2.1程序功能描述与设计思路 (5)3.2.2程序流程图 (5)4测试方案与测试结果 (6)4.1测试方案 (6)4.2 测试条件与仪器 (7)4.3 测试结果及分析 (7)4.3.1测试结果(数据) (7)4.3.2测试分析与结论 (7)附录1:电路原理及实物 (8)附录2:主要程序片段 (9)双向DC-DC变换器1系统方案系统要求效率,所以恒压输出、稳流输出都应采用开关电路,鉴于本题目要求的功能,系统主要由恒压控制模块、恒流控制模块组成,另为了灵活调整输出参数并实时监控系统工作状态,运用单片机控制技术,还有支持系统控制系统工作的辅助电源。
基于Buck-Boost的双向DCDC变换器原理分析
基于Buck-Boost的双向DCDC变换器原理分
析
基于Buck-Boost的非隔离型双向半桥DCDC变换器结构上比起隔离型的双向DCDC变换器结构简单,没有变压器,功率开关器件数目相对较少,操控方式较容易,通过全控型开关器件的反并联二极管最终实现能量双向流动,进而可以节省构建变换器的材料,并且转换效率高,因此被广泛应用于无需电气隔离的电池储能系统,光储、风储微电网系统等。
图一主电路结构
当变换器处于Buck模式时,开关管S1和开关管S2的反并联二极管构成Buck变换器,整个系统能量从左往右传递,此时蓄电池处于充电状态;当变换器处于Boost模式时,开关管S2和开关管S1的反并联二极管构成Boost变换器,整个系统能量从右往左流动,此时蓄电池处于放电状态。
结合以上的分析,我们可以知道:对基于Buck-Boost的双向DCDC变换器在进行工作原理分析,数学模型建立及控制系统设计时,可完全将其分为两个我们熟知的独立的Buck和Boost变换器去进行,进而可简化整个系统的控制难度。
此外,之前讲过的双重Buck和双重Boost变换器对此同样适用,将其结合起来可形成双重Buck-Boost双向DC/DC变换器。
这样一方面可以减小电感感量,进而减小电感体积;另一方面可减小电感电流纹波,进而可减小蓄电池充放电电流的纹波,延长蓄电池使用寿命。
以上讲了这么多优点,缺点也不是没有,总结下来最重要的一点就是:由于是非隔离结构没有变压器,进而受制于Buck和Boost变换器本身的升降压范围,无法实现输入输出大
范围匹配。
编辑:hfy
-全文完-。
基于开关电源的双向DC_DC变换器的设计
基于开关电源的双向DC_DC变换器的设计作者:刘晓君陈强军来源:《速读·上旬》2016年第07期摘要:本双向DC-DC变换器主要由主控制器STM32、BUCK-BOOST模块、采集模块、PWM驱动模块、显示模块组成。
该开关电源通过主模块BUCK-BOOST升降压电路来实现充放电的功能,利用采集模块对电路电压和电流进行实时监测,同时单片机根据得到的数据控制PWM输出的占空比;软件采用电流电压的PID算法,对电流电压进行均衡控制,利用闭环控制来实现电压和电流的稳定输出。
该系统可实现对电池的恒流充电,充电电流在1-2A范围内步进可调,在保证电流在可调范围内,输出电压为18V时,充放电效率可达90%以上;该系统还具有充电电流显示的功能和过充保护功能。
关键词:双向DC-DC变换器;PWM驱动;开关电源;占空比;闭环控制1绪论当前各种电子设备中大量使用开关电源,而对于高效率转换的开关电源更是应用甚广。
该设计选择开关管损耗较低的MOS管来提高效率,采用双向DC-DC又能节省元器件减轻系统重量,通过实时监测充电电流及电池电压并将数据传给单片机,单片机根据采集的数据来输出相应的PWM,进而控制电路的输入和输出参数,实现电路升降压的功能。
该方案因采样电阻很小,功率损耗较低,且能够实时反馈了解电路的动态状况,便于电路进行控制与调节。
2开关电源的整体框图及参数确定2.1整体框图如图1程序框图如图2所示主函数主要负责人机交互,显示充电电流,电池两端电压U1和充电电压U2。
系统先检测U1,低于24V,系统充电。
通过检测的电流电压综合数据处理,实现对PWM波占空比的控制,从而实现对电路进行控制。
2.2主控制芯片的选择Stm32是一款功能非常强大的芯片,采用3.3V供电,损耗电流小,而且具有pwm输出,12位AD采样等功能,可使本设计的外围电路减少,使电路更为简单。
2.3主电路主电路由一个半桥驱动电路[1]和双向的同步整流BUCK_BOOST电路[2]组成,电路如图3所示电路中所用驱动芯片为IR2104,有自举能力[5],适合驱动此电路,电感为铁氧体电感,使用二极管为肖特基二极管。
基于升降压电路的双向DC-DC变换电路
创作编号:GB8878185555334563BT9125XW创作者:凤呜大王*基于Buck-Booost电路的双向DC-DC变换电路目录1系统方案 (4)1.1 DC-DC双向变换器模块的论证与选择 (4)1.2 测控电路系统的论证与选择 (4)2 系统理论分析与计算 (4)2.1 双向Buck-BOOST主拓电路的分析 (4)2.2 电感电流连续工作原理和基本关系 (5)2.3 控制方法与参数计算 (6)3 电路与程序设计 (7)3.1 电路的设计 (7)3.1.1 系统总体框图 (7)3.1.2 给电池组充电Buck电路模块 (7)3.1.3 电池放电Boost升压模块 (8)3.1.4 测控模块电路原理图 (8)3.1.5 电源 (9)3.2 程序设计 (9)4 测试方案与测试结果 (15)4.1 测试方案 (15)4.2 测试条件与仪器 (15)4.3 测试结果及分析 (15)4.3.1 测试结果(数据) (15)4.3.2 测试分析与结论 (16)创作编号:GB8878185555334563BT9125XW创作者:凤呜大王*摘要双向DC/DC变换器(Bi-directional DC-DC Converter,BDC)是一种可在双象限运行的直流变换器,能够实现能量的双向传输。
随着开关电源技术的不断发展,双向DC/DC变换器已经大量应用到电动汽车、太阳能电池阵、不间断电源和分布式电站等领域,其作为DC/DC变换器的一种新的形式,势必会在开关电源领域上占据越来越重要的地位。
由于在需要使用双向DC/DC变换器的场合很大程度上减轻系统的体积重量及成本,所以具有重要研究价值。
既然题目要求是作用于可充电锂电池的双向的DC-DC变换器,肯定包括降压、升压、电压可调、恒流、等要求。
考虑到题目对效率的要求,我们选择降压Buck电路,升压Boost电路,并用反馈电路和运放电路来实现电压可调和恒流等要求,通过一系列的测试和实验几大量的计算,基本上能完成题目的大部分要求。
双向DCDC变换器研究毕业设计
Then analyzed the buck charging mode and boost the working principle of the discharge mode. Last buck charging mode and boost the discharge mode of open and closed loop simulation using PSpice software to various parts of the waveform, consistent with the final simulation results and theoretical.
摘要
双向DC/DC变换器是典型的“一机两用”设备,可实现能量的双向传输,所以在需要能量双向流动的场合,双向DC/DC变换器的应用可大幅度减轻系统的体积、重量和成本,有着重要的研究价值。本文主要研究了隔离型双向全桥DC/DC变换器。
双向DC-DC变换器1
双向DC-DC变换器摘要:本系统为双向DC-DC变换器,实现电池的充放电功能能。
系统采用Buck/Boost双向DC/DC主拓扑,以STM32为控制核心,通过PI调节实现双向电压变换和稳流功能,并能够实现充电与放电过程的按键切换与自动切换。
同时,该系统实现恒流充电功能,充电电流0.05A步进可调,并能够实时显示两侧电压、充放电电流,显示误差小,充放电电流纹波峰峰值低,放电效率高达96.5%,充电效率高达98.6%,并具有过充保护及自动恢复功能。
关键词: Buck/Boost 双向DC/DC变换PI1.系统方案1.1方案论证与比较1.1.1主拓扑方案●方案一:采用非隔离性DC/DC双向变换拓扑。
电路简单,体积较小,适用于电压差较小的情况。
●方案二:采用隔离性DC/DC双向变换拓扑。
适用于电压差较大的情况。
两侧电气隔离,可靠性较高。
变压器的使用可以使电压电流在大范围内变换,有效地保证了低电压或低电流输入实现大电压或大电流输出。
综合考虑,由于双向DC-DC变换器中,稳压源电压与电池电压相差不大,故采用非隔离性DC/DC双向变换拓扑结构,电路简单,可实现性高。
1.1.2采样与驱动方案●方案一:不带隔离的采样与驱动电路。
此种方案电路结构较为简单,能减小辅助电源设计的工作量。
但由于没有隔离,所以系统稳定性和安全性较差。
●方案二:带隔离的采样与驱动电路。
此种方案将主电路与控制电路隔离,提高了系统稳定性与可靠性,但是因增加了额外的隔离电源而对系统带来额外的效率损失,不能够很好的满足题目要求。
综合考虑,由于本题只涉及直流而未涉及到交流,并且是否隔离对题目影响不大,所以选择方案一。
1.1.3控制方案1.2总体方案描述系统包括双向DC/DC变换电路、辅助电源、反馈控制、测量和显示五个部分。
其中DC/DC双向变换电路是核心部分,控制电路主要利用STM-32来实现,系统通过电池电压、电流采样反馈,并利用PI算法调节Buck/Boost双向变换电路开关管的占空比,从而实现恒流充电功能。
基于Buck-Booost电路的双向DC-DC变换电路毕业设计
全国大学生电子设计竞赛双向DC-DC变换器(A题)【本科组】毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:日期:指导教师签名:日期:使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:日期:学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日注意事项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
基于Buck_Boost变换方式的逆变器(双向Buck-Boost电路)
由式(6) 、(7) 和(8) 可知,只要适当地改变 3 个双向
Buck-Boost 变换器的占空比,就可得到三相正弦波。 三相Buck-Boost 变换方式的逆变器的直流电压利
环电压环内环电流环的双环控制。仿真结果验证了提出的正弦波逆变器的可行与有效。 关键词: 逆变器;占空比;双环控制 中图分类号: TM464 文献标识码:A 文章编号:1000-128X(2005)04-0023-04
作者简介:侯朝勇(197 9 -), 男,硕 士 研 究 生 ,研 究 方 向 为 电 力 电 子 技 术 ,计 算 机 控制。
图3 调制波示意图
第4期
侯朝勇,郭小舟:基于 B u c k - B o o s t 变换方式的逆变器
图4 输出电压波形示意图
压随着占空比的变化而变化的波形。2 个双向 B u c k - Boost 变换器的输出电压相减即可得正弦波输出电压, 只要保证开关功率管的频率,即可调制出较好的正弦 波输出电压。
Vo
= V1
− V2
=
1
d1 − d1
Vd
− d2 1− d2
Vd
=
(1
−
d1 d1
− d2 )(1 −
d
2
)
Vd
………………………………………………… (1)
对单相Buck-Boost 变换方式逆变器,输出电压V1 和 V2 在相位上相差 180 °,(d1+d2)T=T,( T:开关周期) 即 d1+d2=1。由于负载跨接在V1 和 V2 的两端,由式(1)可得 逆变器输出电压
V A B = ( 1 − d d 11 )− ( 1 d − 2 d 2 ) V d = k 1 s i n ( ω t ) V d …………( 6) V B C = ( 1 − dd 22 )− (1 d − 3 d 3 ) V d = k 2 s i n ω( t + 1 2 0 ° ) V d …………( 7) V C A = ( 1 − d d 3 3 )− (1 d − 1 d 1 ) V d = k 3 s i n ω( t − 1 2 0 ° ) V d …………(8)
双向DC-DC变换电路设计
0 引 言
2 0 1 5年全 国大 学 生 电子设 计 竞 赛 的 A题 要 求 设计 一 个 双 向 D C — D C 变换 电路 用 于 对 5节 1 8 6 5 0 锂 电池 串联 电路 进 行 充 放 电。 即要 求 实 现 两 个 功
能: 一 是 电能从 右边 直 流 供 电 电 源经 变 换 器 向左 边
关键 词 : D C— D C; 同步 整 流 ; S T M 3 2 F 1 0 3 Z E T 6 中 图分 类 号 : T M 4 6 文 献标 识 码 : A 文章编号 : 1 0 0 8 06 - 8 6 ( 2 0 1 7 ) 0 3 - 0 1 1 4 - 0 4
De s i g n o f Bi - - di r e c t i o na l DC・ D C Co n v e r s i o n Ci r c u i t
1 方 案 论 证 与 选 择
1 . 1 主 电路 拓 扑的选择
方案 1 : 采 用 隔离 的双 向全 桥 D C — D C变换 器 用 移相 软 开 关 控 制 方 式 实 现 桥 臂 的零 电压 开
关, 对 功率 器件 的 电流/ 电压 的应 力小 , 适用 于高 压 、 大功率 场合 。主要 优点 为 控 制 方法 较 为 简 单 , 且 可
基于Buck型DC-DC转换器系统 毕业论文
摘要开关电源因其具有稳压输入范围宽、效率高、功耗低、体积小、重量轻等显著特点而得到了越来越广泛的应用,从家用电器设备到通信设施、数据处理设备、交通设施、仪器仪表以及工业设备等都有较多应用,尤其是作为便携式产品的电池提供高性能电源输出,比其他结构具有不可超越的优势。
开关电源的稳定性直接影响着电子产品的工作性能,误差放大器是直流开关电源系统中电压控制环路的核心部分,其性能优劣直接影响着整个直流开关电源系统的稳定性,因而对高性能误差放大器的分析是本论文的主要研究目标。
本文误差放大器的分析基于Buck型DC-DC转换器,从系统稳定性、负载调整率及响应速度要求的角度出发,首先对该款Buck型DC-DC转换器的系统电压控制环路进行小信号分析,并对控制环路进行了零极点分布分析,确定环路补偿策略。
最后基于系统级来分析误差放大器。
关键词:开关电源;Buck型DC-DC转换器;误差放大器。
AbstractDue to their merits of wide input range, high efficiency, small in size and light in weight ect, switching power supplies are gaining more and more application areas in today’s modern world, ranging from domestic equipments to sophisticated communication and data handling systems, especially in portable devices, they have unsurpassable advantages.The rapid development of products in corresponding application areas requires the power supplies to have better performances. The robustness of switch—mode power supplies directly affect the performance of electronic devices. As one of the most important parts of switched mode DC to DC converters, error amplifier has significant influences on the voltage control loop’s stability. Thus this paper focuses on the design of high performance error amplifier for DC-DC converters based on system requirements analysis. A buck DC-DC converter was concerned, an error amplifier for the buck converter was designed from the points of view of system stability, load regulation and response speed requirements. At the first place, the Buck DC-DC converter’s voltage control loop stability and pole-zero analysis was done based on a small signal model of the voltage control loop, the compensation scheme was proposed. At last, according to the system level to analysis the error amplifier.Key words:Switching power; Buck DC-DC Converter; Error Amplifier.目录摘要 (I)Abstract (II)1. 诸论 (1)1.1 引言 (1)1.2 本文研究的目的与意义 (1)1.3 本论文主要研究内容 (1)2. 开关电源基础及其类型 (2)2.1 开关电源基础理论 (2)2.1.1开关电源基本工作原理 (2)2.1.2开关电源的组成 (2)2.1.3开关电源的各种分类 (3)2.2 开关电源典型结构[6] (4)2.3 DC-DC变换器 (7)2.3.1Buck变换器 (8)3.3.2Boost变换器 (10)3. Buck型DC-DC转换器及其控制方式分析 (12)3.1 Buck型DC-DC转换器 (12)3.2 Buck型DC-DC转换器及其控制方式 (13)3.2.1Buck型DC-DC转换器工作原理 (13)3.2.2Buck型DC-DC转换器的控制方式 (14)3.2.3Buck型DC-DC转换器工作模式 (18)3.3 环路控制中误差放大器的重要作用 (18)4. 开关电源管理电路系统分析 (19)4.1 Buck型DC-DC转换器 (19)4.2 开关电源控制环路的分析研究 (20)4.2.1Buck型DC-DC转换器稳定性分析 (20)4.2.2Buck型转换器电压环路控制模型 (21)5. 误差放大频率特性及其补偿策略 (27)5.1 控制电路的频率响应分析 (27)5.1.1频率响应 (27)5.1.2开关电源输出滤波电路分析 (28)5.2 开关电源中负反馈及自激振荡分析 (30)5.2.1负反馈自激振荡 (30)5.2.2误差放大电路稳定分析 (30)5.3 补偿误差放大器及频率校正策略 (32)5.3.1I类补偿误差放大器 (32)5.3.2Ⅱ类补偿误差放大器 (32)5.3.3Ⅲ型补偿误差放大器 (34)6. 闭环设计中误差放大器的分析与研究 (36)6.1 闭环控制系统中的误差放大分析 (36)6.2 环路增益 (38)6.2.1带有LC滤波电路的环路增益 (38)6.2.2PWM增益 (39)6.2.3取样增益-反馈系数 (40)6.2.4输出LC滤波器的总增益 (40)6.3 误差放大器的特性分析 (40)6.3.1误差放大器的幅频特性整形 (40)6.3.2误差放大器的传递函数、极点和零点 (42)6.3.3零点、极点和频率增益斜率变化 (43)6.4 误差放大器零点、极点的分析与计算 (43)6.4.1Ⅱ型误差放大器零点和极点分析 (43)6.4.2采用Ⅲ型误差放大器及其传递函数 (45)6.4.3Ⅲ型误差放大器的相位滞后分析 (45)6.4.4Ⅲ型误差放大器零点和极点计算 (46)6.5 反馈环路条件稳定探讨 (47)结论 (49)致谢 (50)参考文献 (51)1. 诸论1.1 引言随着电力电子及电子技术的迅猛发展,开关电源在计算机、通信、工业自动化、电子和电工仪器等领域的应用更加广泛。
双向DC-DC变换器
双向DC-DC变换器双向DC-DC变换器摘要:以FPGA和TM4C123G为控制核心,设计制作了双向DC-DC变换器。
本系统主要包括Buck/Boost双向DC-DC变换电路、电压电流釆样电路和辅助电源电路等,其中以Buck/Boost变换电路为核心,完成锂电池组的充、放电,采用闭环反馈系统,实时监测锂电池组的电压、电流,经过PID调节,控制输出PWM 波,从而控制Buck/Boost变换电路。
经测试,变换器可实现恒流充电, 且充电电流在1~2A内可调,步进值可设定,电流控制精度^.<0.12%,测量精度<0.192%,变换器充电效率〃点98.54%,放电效率//,>97.99%,且系统具有过充保护功能,阈值电压%=(24±0.032并,能自动转换工作模式并保持^2=(30±0.010)V O经称量,双向DC-DC变换器、测控电路与辅助电源三部分总重量为368g o此外,系统可识别充电、放电两种模式,并实时显示充、放电的电流与电压,人机交互性良好。
关键词:BDC;锂电池;PWM; PID;过充保护1方案论证1.1方案比较与选择1.1.1双向DC-DC 主回路方案一:非隔离式Buck/Boost BDCBuck 变换器和Boost 变换器的二极管换成双向开关后具有同样的结构,构 成Buck/Boost BDC,图1为其拓扑结构。
在Buck/Boost BDC 中,由于必和S 】均 可流通双向电流,因此电感L 中的电流一直保持连续状态。
当电感电流恒大于 零时,能量由%流向匕,是Boost 变换器,锂电池放电;当电感电流恒小于零 时,能量由匕流向%,是Buck 变换器,锂电池充电。
图1非隔离式Buck/Boost BDC 拓扑结构方案二:隔离式Buck/Boost BDC非隔离式Buck/Boost BDC 中插入髙频变压器便构成隔离式Buck/Boost BDCo 图2为其拓扑结构。
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全国大学生电子设计竞赛双向DC-DC变换器(A题)【本科组】毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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随着开关电源技术的不断发展,双向DC/DC变换器已经大量应用到电动汽车、太阳能电池阵、不间断电源和分布式电站等领域,其作为DC/DC变换器的一种新的形式,势必会在开关电源领域上占据越来越重要的地位。
由于在需要使用双向DC/DC变换器的场合很大程度上减轻系统的体积重量及成本,所以具有重要研究价值。
既然题目要求是作用于可充电锂电池的双向的DC-DC变换器,肯定包括降压、升压、电压可调、恒流、等要求。
考虑到题目对效率的要求,我们选择降压Buck电路,升压Boost 电路,并用反馈电路和运放电路来实现电压可调和恒流等要求,通过一系列的测试和实验几大量的计算,基本上能完成题目的大部分要求。
关键词:双向DC/DC变换器;双向Buck-Boost变换器;效率;恒流稳压1系统方案 (4)1.1 DC-DC双向变换器模块的论证与选择 (4)1.2 测控电路系统的论证与选择 (4)2 系统理论分析与计算 (4)2.1 双向Buck-BOOST主拓电路的分析 (4)2.2 电感电流连续工作原理和基本关系 (5)2.3 控制方法与参数计算 (6)3 电路与程序设计 (7)3.1 电路的设计 (7)3.1.1 系统总体框图 (7)3.1.2 给电池组充电Buck电路模块 (7)3.1.3 电池放电Boost升压模块 (8)3.1.4 测控模块电路原理图 (8)3.1.5 电源 (9)3.2 程序设计 (9)4 测试方案与测试结果 (15)4.1 测试方案 (15)4.2 测试条件与仪器 (15)4.3 测试结果及分析 (15)4.3.1 测试结果(数据) (15)4.3.2 测试分析与结论 (16)1系统方案本系统主要由DC-DC双向变换器模块、测控电路模块及辅助电源模块构成,分别论证这几个模块的选择。
1.1 DC-DC双向变换器模块的论证与选择方案一:采用大功率的线性稳压芯片搭建稳压电路,使充电压恒定,在输入电压高于充电合适电压时,实现对输入电压的降压,为电池组充电。
该电路外围简单,稳压充电不需要软件控制,简单方便,但转换效率低。
同时采用采用基于NE555的普通升压电路,这种电路设计简单,成本低,但转换效率较低、电池电压利用率低、输出功率小,更不能不易与基于大功稳压芯片所构成的稳压电路结合构成DC-DC双向变换器。
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。
方案二:基于UC3843的测控电路,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。
t]:在开关模态1[0~onV加载电感f L上,电感电流线性增长,二极管D戒指,负t=0时,S1导通,电源电压in载电流由电容f C提供:t=on t时,电感电流增加到最大值max L i,S1关断。
在S1导通期间电感电流增加量f L i在开关模态2[on t ~ T]:稳态工作时,S1导通期间f L i 的增长量应等于S1关断期间f L i 的减小量,或作用在电感f L 上电压的伏秒面积为零,有:由(2-8)式,若y D =0.5,则o V =in V ;若y D <0.5,则o V <in V ;反之,y D >0.5,o V >in V 。
设变换器没有损耗,则输入电流平均值i I 和输出电流平均值o I 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f L i 等于S1和D 导通期间流过的电流平均值Q I 和D I 之和,即:开关管S1和二极管D 电流的最大值max Q i 、max D i 等于电感电流最大值max f L i 。
S1导通期间,电容f C 电压的变化量即输出电压脉动o V ∆ 由S1导通期间f C 放电量f C Q =o I y D T 计算,因f C Q =f C o V ∆⋅,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。
3.振荡频率计算公式:368.1C R f ⋅=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:2.5V~36V 、电压参考误差:±0.4% ,典型值@25℃(TL431B )、低动态输出阻抗:0.22Ω(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 ppm/℃,最大输入电压为37V 、最大工作电流150mA 、内基准电压为2.495V(25°C)。
5.放大器选用基于Lm358的放大电路,放大倍数的计算公式:⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=11R R A fu6.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/ 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:放电放电图4系统总体框图3.1.2 给电池组充电Buck 电路模块测控电路双向DC-DC 变换电路电池组直流稳压电源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,采用基于LM7805和LM7815的直流稳压电路给单片机、放大器供电。