一種雙向DC-DC變換電路的設(shè)計(jì)與檢測(cè)

聶雨昕

摘 要 本文所述一種雙向DC-DC變換器的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)對(duì)電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控和調(diào)整，達(dá)到對(duì)電路性能的提升，以保證電路輸出測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)電流控制精度不低于5%，充電電流I1 的變化率不大于1%，變換器的效率大于等于90%，內(nèi)測(cè)量精度不低于2%，具有過(guò)充保護(hù)功能，并且能夠使電路在出現(xiàn)過(guò)流時(shí)能系統(tǒng)斷電，實(shí)現(xiàn)保護(hù)，保證整個(gè)電路系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞 測(cè)控電路；自行校正；雙向DC-DC變換器

中圖分類號(hào) TN7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）172-0241-01

DC/DC 變換器已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)和不間斷電源（UPS）等多個(gè)領(lǐng)域，雙向DC/DC變換器憑借其可調(diào)，精度準(zhǔn)確，處理的電壓電流等級(jí)不斷提高的優(yōu)勢(shì)在電動(dòng)工具、通信、電源以及儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，在新能源中也得到了一定的應(yīng)用。為使該DC變換器恒流源輸出電流穩(wěn)定連續(xù)可調(diào)，需調(diào)解占空比，可采用PWM控制原理調(diào)節(jié)。硬件控制部分自身形成一個(gè)閉環(huán)控制回路，對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)使其恒定在精度范圍。控制器采樣輸出電壓，當(dāng)輸出電壓超過(guò)預(yù)定的24V電壓時(shí)，主開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，輸出電壓穩(wěn)到20V，實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)。測(cè)試結(jié)果表明，其效率達(dá)到0.90以上，可以實(shí)現(xiàn)電池充電、放電功能，控制精度高，具有良好的穩(wěn)定性。

1 系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)主要由AD采集模塊、顯示模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、雙向DC-DC模塊、控制模塊組成。

1.1 AD采集模塊

MC9S12XS128最小系統(tǒng)自帶AD模塊，AD模塊的作用是將模擬的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU可以處理的數(shù)字信號(hào)。

AD模塊采用數(shù)字化方式傳送，消除誤差，適合長(zhǎng)距離模擬量采集，在選擇時(shí)需考慮轉(zhuǎn)換速度，精度，信噪比。從傳感器接收到的較微弱的輸入信號(hào)都可以由AD模塊直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)輸出，應(yīng)用于分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。

1.2 顯示模塊

選擇質(zhì)量較輕且顯示速度快的LCD1602作為顯示模塊。

1.3 驅(qū)動(dòng)模塊

2104芯片控制，通過(guò)一個(gè)芯片從而達(dá)到放大電流的效果，芯片控制可以通過(guò)單片機(jī)的PWM波控制，電路簡(jiǎn)單可靠，操作簡(jiǎn)便。

1.4 雙向DC-DC模塊

雙向DC/DC變換器的原理：當(dāng)根據(jù)需要改變不同的電流方向時(shí)，且需要保持直流變換器兩端的直流電壓極性不變，基本原理是在單向DC的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)和改進(jìn)形成的，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多也是在已有的單項(xiàng)DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上通過(guò)開(kāi)關(guān)元件，二極管并聯(lián)反向開(kāi)關(guān)元件和反向二極管從而實(shí)現(xiàn)能量的雙向移動(dòng)。DC-DC變換電路具有多種形式，而隨著發(fā)展，工業(yè)上對(duì)變換器的電壓等級(jí)和容量等級(jí)等的要求都日益提高，需要更強(qiáng)的精確性與穩(wěn)定性。

1.5 控制模塊

用帶PFC的Boost型DC—DC升壓器。利用輸入，輸出電壓的采 樣信號(hào)和一個(gè)二次積分電路來(lái)調(diào)制功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)啟時(shí)間，使 Boost 變換器在不連續(xù)導(dǎo)電模式下恒頻工作并實(shí)現(xiàn)電壓跟隨，可得到在恒頻狀態(tài)下的PFC。

2 系統(tǒng)理論分析

2.1 控制電路分析

控制電路通過(guò)PWM脈寬調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，脈沖寬度調(diào)制是一種動(dòng)態(tài)響應(yīng)較好且靈活的模擬控制方法，本質(zhì)就是根據(jù)相應(yīng)地需要與變化，周期性改變正向電流的導(dǎo)通時(shí)間，即使在工作條件變化是，電源的輸出電壓仍保持恒定。在每半個(gè)周期內(nèi)輸出若干個(gè)寬窄不同的矩形脈沖波，用于該面積相等的舉行來(lái)代替，于是正弦波所包圍的面積可以用矩形脈沖面積之和來(lái)等效。

實(shí)際中采用鍵盤對(duì)輸出PWM的占空比進(jìn)行控制，按下K2時(shí)PWM輸出占空比增加，按下K1時(shí)PWM輸出占空比減小。

2.2 系統(tǒng)框圖

3 檢測(cè)方案與檢測(cè)結(jié)果

3.1 條件與儀器

測(cè)試條件：通過(guò)硬件連接檢測(cè)硬件，軟件仿真檢測(cè)，硬件與軟件的聯(lián)調(diào)確保是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

測(cè)試儀器：高精度的數(shù)字毫伏表，模擬示波器，數(shù)字示波器，數(shù)字萬(wàn)用表，指針式萬(wàn)用表。

3.2 結(jié)果及分析

3.2.1 測(cè)試結(jié)果（數(shù)據(jù)）

3.2.2 測(cè)試分析與實(shí)際計(jì)算

接通S1、S3，斷開(kāi)S2，將裝置的模式調(diào)節(jié)為充電。

1）在U2=30V條件下，對(duì)裝置以恒流的方式充電，電流I1步進(jìn)可調(diào)，在1A～2A范圍內(nèi)，步進(jìn)值不大于0.1A，電流控制精度不低于5%。

2）設(shè)定I1=2A，調(diào)整直流穩(wěn)壓電源輸出電壓，使U2在24V～36V范圍內(nèi)變化時(shí)，要求充電電流I1的變化率不大于1%。

4）測(cè)量充電電流I1，并在LED上將其顯示出來(lái)。在I1=1A～2A范圍內(nèi)測(cè)量精度不低于2%。

5）設(shè)定I1=2A，當(dāng)U1超過(guò)閾值U1th=24±0.5V時(shí)，停止充電。所以此裝置具有過(guò)充保護(hù)功能。

4 結(jié)論

1）該電源輸出的直流電壓能夠保持較高的穩(wěn)定性。

2）該電源具有良好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。

3）電路效率達(dá)到0.90以上。

4）電路具有過(guò)壓保護(hù)功能。

參考文獻(xiàn)

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