双向DC-DC变换器(A题)

2015年全国大学生电子设计竞赛 DC-DC双向变换器（A题）完成人：石永健（电子三班 201340602081）2015年8月14摘要本系统以同步整流升降压电路为主，采用MSP430F5525单片机为控制核心。

正向可以作为BUCK降压电路为电池充电，反向则可作为BOOST升压电路放电，经AD采样后由单片机调整PWM波输出，实现反馈控制。

实验结果表明：当输入在24~36V条件下，充电时，充电恒流值十分稳定，电流控制精度为0.5%，充电电流变化率不大于0.5%，效率可高达96%。

充电时，变换器效率高达97%。

此外本系统还有充电电流显示，过充保护，自动切换等功能。

关键词：DC-DC双向变换；MSP430F5525；PWM反馈；恒流充电；同步整流目录1. 方案论证 (4)1．1双向变换电路的论证与选择 (4)1.2控制方案的论证与选择 (5)1.3驱动方案的论证与选择 (5)2．1电路的设计 (5)2.1.1系统总体框图 (5)2.1.2 电流检测子系统电路原理图 (6)2.1.3 驱动模块电路原理图 (6)2.2程序的设计 (7)2.2.1 程序功能描述 (7)2.2.2 程序流程图 (7)3. 系统理论分析与计算 (8)3.1主电路的分析 (8)3.1.1同步整流电路的分析 (8)3.1.2同步整流电路参数计算 (9)3.2恒流充电方案的分析 (9)4. 测试方案与测试结果 (10)4.1测试仪器 (10)4.2测试方案 (10)4.3测试结果及分析 (11)5．体会心得 (11)6．参考文献 (11)附录1：电路原理图 (12)双向DC-DC 变换器（A 题）【本科组】1. 方案论证1．1双向变换电路的论证与选择方案一：采用BUCK 与BOOST 电路分段组合，如图1-1-1和1-1-2。

当给电池充电时，采用BUCK 降压电路，为锂电池充电。

当电池放电时，采用BOOST 拓扑，实现升压，将放电电压稳定在30V 。

大学生电子设计竞赛双向d c d c电源设计报告Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】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AbstractThesystemisBuckandBoostparallel,toachievetwo-wayDC-DCexchange,STM32asthecorecontrolchip.TheBuckBuckmoduleusestheXL 4016switchBuckconverterchip,takesthecurrentsignalintheoutput,co ntrolsthefeedbackofXL4016,completestheclosed-loopcontrol,andrealizestheconstantcurrentoutput.Boostboostmodul eusesUC3843asthePWMcontrolchip,accordingtotheoutputvoltagenegat ivefeedbacksignaltoadjustthePWMsignal,theclosed-loopcontroliscarriedout,inordertoachievetheregulatoroutput.Syst emcanautomaticallyswitchchargeanddischargemode,canalsobemanuall yswitch.Thesystemhasthefunctionofovercurrentandovervoltageprote ction,andcanmeasureanddisplaytheoutputvoltageandcurrent.Keywords:bidirectionalDC-DCconverter,Buck,boost,PWMcontrol目录双向DC-DC变换器（A题）【本科组】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。

A 双向 DC-DC 变换器摘要：本设计实现了一种基于 MSP430F2616 单片机的可程控双向 DC-DC 变换器。

系统由 18650 电池组、直流稳压电源充电电路、同步 Boost-Buck 电路、滤波电 路、辅助电源、单片机、键盘、AD 转换电路、显示器等电路组成。

充电模式下， 输入为 30V 直流电，通过同步降压拓扑结构形成稳定的约 20V 的直流电压，该直 流电压经过程控降压模块实现可程控输出电流。

电流经过二次滤除纹波可得到稳 定的电流输出。

放电模式下，通过同步升压拓扑结构形成稳定的 30V 电压输出。

同时该电源变换器具过充保护的功能，提高了电源的安全性和稳定性。

本电源效 率高、步进精度高、输出电流稳定、安全性高、重量小轻便可携带；通过按键与 显示器实现人机交互，人机交互友好。

关键字：DC-DC，恒流，效率1 方案论证变换器设计方案题目要求电池组在充电模式下，输入直流电为 24~36V 的条件下可以输出恒流 2A，放电模式可以输出恒压 30V，所以本次设计需要利用双向 DC-DC 拓扑结构。

方案一：采用隔离型 DC-DC 双向变换器。

借鉴非隔离单向变换器中反并联开关管或二极管，以构成非隔离双向变换器的思想，也可以从隔离型单向变换器演变得到隔离型正激双向 DC-DC 变换器。

该方案在需要电气隔离的场合应用比较广泛。

方案二：采用全桥 DC-DC 双向变换器。

通过移相可使控制其开关器件实现零电压开关。

开关器件的电压、电流应尽量小；变压器为双向励磁，利用率较高，在中、大功率场合有广泛的应用。

方案三：采用 Boost-Buck 双向变换器。

常见的非隔离型单向变换器的拓扑结构有 Buck、Boost、Buck/Boost 等电路。

在这些单向变换器的二极管两端反并联开关管，在开关管两端反并联二极管，即可构成与之对应的 Boost-Buck 双向变换器电路。

三种方案理论上都能够实现本设计需要的双向 DC-DC 电压变换。

摘要本系统基于双向同步整流原理，主电路在拓扑结构上整合Buck和Boost两种电路，配合MOS管驱动电路、电流检测电路、辅助电源电路以及输出过流保护电路，使该DC/DC 变换器实现能量的双向流通。

系统由STM32F103ZET6单片机控制电流的步进可调，同时控制PWM波产生相应恒定电压值，使用TI的MOS管CSD19535代替续流二极管，大大提高了系统效率。

本系统在充电模式可达到98%的转换效率，放电模式达到98%的转换效率，电流检测电路使用TI高精度检流芯片INA282，恒定输出的电流精度稳定在1.5%以内，电压精度稳定在1%以内，同时在LCD上显示所处状态，符合基本要求与发挥部分的参数要求。

本设计创新点在于将电池充电过程分为三个阶段，通过显示屏实时显示电池所处的充电状态。

关键词 DC/DC电路同步整流STM32目录1 方案论证 (3)1.1 方案描述 (3)1.2 方案比较与选择 (3)1.2.1 主控器方案比较与选择 (3)1.2.2 显示屏方案比较与选择 (3)1.2.3 电流检测方案比较与选择 (4)1.2.4 PWM生成方式比较与选择 (4)1.2.5 驱动电路方案比较与选择 (2)2 电路与程序设计 (3)2.1 双向DC/DC主回路与器件 (3)2.2 测量控制电路、控制程序 (3)2.2.1 测量控制电路 (3)2.2.2 控制算法 (3)2.2.3 主程序设计 (4)3 理论分析与计算 (5)3.1 主回路主要器件参数选择及计算 (5)3.1.1 MOS管驱动芯片IR2110 (5)3.1.2 电流检测芯片INA282 (5)3.1.3 功率管选择CSD19535 (6)3.1.4 电感参数计算 (6)3.2 控制方法与参数计算 (6)3.3 提高效率的方法 (7)4 测试方案与测试结果（见附件） (7)4.3 测试结果分析 (7)5 结束语 (8)6 参考文献 (8)1 方案论证1.1 方案描述本设计采用双向同步整流电路，单片机控制输出两路PWM波经过IR2110驱动高端PMOS管或低端NMOS管。

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DCDC变换器；恒流源；TL494一、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，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MOS管组成的压控型恒流源，利用运放来驱动功率管MOSFET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管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。

因此本设计采用方案二。

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，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。

直流交流交流直流逆变电路变压器整流电路滤波器图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信号控制，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u0=(Ton+Toof),通过改变PWM控制信号的占空比可以实现相应输出电压的变化。

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。

2015年全国大学生电子设计竞赛双向 DC-DC 变换器（A 题）[本科组]参赛学校：淮阴工学院参赛编号：HA011队员姓名：刘新邵慧洁甄将军指导老师：陈万刘保连2015年8月15日摘要随着科技和生产的发展，双向DC-DC变换器在诸如电动车动力系统，直流不停电电源等场合的应用越来越多。

双向 DC-DC 变换器应用于能量双向流动的场合可以大幅度减轻系统的体积重量和成本。

根据电池组充放电要求以及变换器的输入输出参数，在硬件电路设计中，采用了基于同步整流buck变换器的双向DC-DC电路结构，设计了基于STC89C52单片机的控制器，该控制器采样了双向DC-DC变换器的输出电压和充电电流，并通过软件计算得出功率器件的开关信号和充电电流指令，以达到精确控制充电电流的目的。

测试结果表明，本设计主要实现双向DC-DC变换器对电池组的充放电功能，达到了双向DC-DC变换器（本科组）基本部分和发挥部分的要求。

关键词：双向DC/DC 变换，buck-boost电路，充放电模式1系统方案1.1 DC／DC变换模块的论证和选择方案一：非隔离级联型DC-DC型拓扑结构变换器：它的不足之处是它开关器件和二极管数目都比通常的双向DC-DC变换器增加了一倍，而且由于每一时间段里主电流都要流经两个半导体器件，通态损耗也高一些。

图1-1 非隔离级联型DC-DC电路原理图方案二：非隔离双向buck-Boost型拓扑结构变换器：它是将buck变换器和boost变换器结合到同一电路上。

这种双向buck-boost电路可以较好的实现能量的双向流动，结构简单，所用器件少而且便于控制，易于实现，且效率比双向全桥DC-DC电路大大提高。

图1-2 非隔离双向buck-boost型电路原理图理想选择。

1.2 单片机控制方案的论证和选择方案一：采用80C51类单片机控制方案编译器能自动完成变量的存储单元的分配，编程者可以方便地进行信号处理算法和程序的移植。

2015年全国大学生电子设计竞赛题目【本科组】双向DC-DC变换器（A题）风力摆控制系统(B题）多旋翼自主飞行器（C题）增益可控射频放大器（D题）80MHz-100MHz频谱分析仪（E题）数字频率计（F题）短距视频信号无线通信网络（G题）第一届（1994年）第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛A.简易数控直流电源B.多路数据采集系统第二届（1995年）第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛A.实用低频功率放大器B.实用信号源的设计和制作C.简易无线电遥控系统D.简易电阻、电容和电感测试仪第三届（1997年）第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛直流稳定电源A.B.简易数字频率计C.水温控制系统D.调幅广播收音机第四届（1999年）第四届（1999年）全国大学生电子设计竞赛A.测量放大器B.数字式工频有效值多用表C.频率特性测试仪D.短波调频接收机E.数字化语音存储与回放系统第五届（2001年）第五届（2001年）全国大学生电子设计竞赛A.波形发生器B.简易数字存储示波器C.自动往返电动小汽车D.高效率音频功率放大器E.数据采集与传输系统F.调频收音机第六届（2003年）第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛A.电压控制LC振荡器宽带放大器B.C.低频数字式相位测量仪D.简易逻辑分析仪E.简易智能电动车F.液体点滴速度监控装置第七届（2005年）第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛A.正弦信号发生器B.集成运放测试仪C.简易频谱分析仪D.单工无线呼叫系统E.悬挂运动控制系统F.数控恒流源G.三相正弦波变频电源第八届（2007年）第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛A.音频信号分析仪B.无线识别C.数字示波器D.程控滤波器E.开关稳压电源F.电动车跷跷板积分式直流数字电压表G.H.信号发生器I.可控放大器J.电动车跷跷板第九届（2009年）第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛A.光伏并网发电模拟装置B.声音导引系统C.宽带直流放大器D.无线环境监测模拟装置E.电能收集充电器F.数字幅频均衡功率放大器G.低频功率放大器H.LED点阵书写显示屏I.模拟路灯控制系统第十届（2011年）A.开关电源模块并联供电系统B.基于自由摆的平板控制系统C.智能小车D. LC 谐振放大器E.简易数字信号传输性能分析仪F.帆板控制系统简易自动电阻测试仪G.H.波形采集、存储与回放系统第十一届（2013年）A.单相AC-DC变换电路B.四旋翼自主飞行器C.简易旋转倒立摆及控制装置D.射频宽带放大器E.简易频率特性测试仪F.红外光通信装置G.手写绘图板J.电磁控制运动装置K.简易照明线路探测仪L.直流稳压电源及漏电保护装置第十二届（2015年）【本科组】双向DC-DC变换器（A题）风力摆控制系统(B题）多旋翼自主飞行器（C题）增益可控射频放大器（D题）80MHz-100MHz频谱分析仪（E题）数字频率计（F题）短距视频信号无线通信网络（G题）【高职高专组】LED闪光灯电源（H题）风板控制装置（I题）小球滚动控制系统（J题）获奖状况．。