基于升降压电路的双向DC-DC变换电路.

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)

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。

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

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~on

V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 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。