雙向DC-DC變換器(全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽全國二等獎作品)

1、2015年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽雙向DC-DC變換器（A題）2015年8月15日本設(shè)計主要由雙向DC-DC變換電路、測控顯示電路、輔助電源三部分構(gòu)成， 其中雙向DC-DC變換電路降壓部分采用XL4016開關(guān)降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換芯片， 最高轉(zhuǎn)換效率可達(dá)93%，升壓部分采用XL6019開關(guān)型升壓/降壓芯片，具有低 紋波，輸入范圍廣，轉(zhuǎn)換效率高的特點。恒流部分采用PWM控制原理，形成一 個閉環(huán)回路，控制電流恒定，恒壓部分完全由硬件控制，單片機輔助控制的方式。 以上部分確保系統(tǒng)滿足題目要求，實現(xiàn)恒流充電，恒壓放電，過壓保護(hù)功能，并 且有著較高的轉(zhuǎn)換效率。在本次設(shè)計中恒壓部分完全有硬件控制，硬件自身形成

2、一個閉環(huán)控制回路， 對電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)使其恒定題目要求的精度范圍。單片機通過光耦電路的工作與停 止，恒流部分由PWM調(diào)節(jié)占空比，使其恒流。關(guān)鍵字電池充放電升壓降壓XL4016 XL6019 STM32 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 一、系統(tǒng)方案1 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 1、雙向DC-DC變換電路的論證與選擇1 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 2、測量控制方案和輔助電源的論證與選擇1 HYPERLINK l

3、 bookmark31 o Current Document 3、控制方法的論證與選擇1 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 二、系統(tǒng)理論分析與計算2 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 三、電路與程序設(shè)計3 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 1、電路的設(shè)計3（1）系統(tǒng)總體框圖3 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 2、程序的設(shè)計5（1）程序功能描述與設(shè)計思路5（2）程序流程圖6 HYPERLINK l

4、 bookmark96 o Current Document 3、程序流程圖7 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 四、測試儀器與數(shù)據(jù)分析7 HYPERLINK l bookmark109 o Current Document 附錄1：電路原理圖9 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 附錄2：源程序10雙向DC-DC變換器（A題）【本科組】一、系統(tǒng)方案本設(shè)計主要由雙向DC-DC變換電路、測控顯示電路、輔助電源三部分構(gòu)成，其中 雙向DC-DC變換電路降壓部分采用XL4016開關(guān)降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換芯

5、片，最高轉(zhuǎn)換效 率可達(dá)93%，升壓部分采用XL6019開關(guān)型升壓/降壓芯片，具有低紋波，輸入范圍廣， 轉(zhuǎn)換效率高的特點。恒流部分采用PWM控制原理，形成一個閉環(huán)回路，控制電流恒定， 恒壓部分完全由硬件控制，單片機輔助控制的方式。以上部分確保系統(tǒng)滿足題目要求， 實現(xiàn)恒流充電，恒壓放電，過壓保護(hù)功能，并且有著較高的轉(zhuǎn)換效率。1、雙向DC-DC變換電路的論證與選擇方案1:由降壓斬波變換電路（即Buck變換電路）和升壓斬波變換電路（即Boost 電路）組成雙向DC-DC變換電路，分別各使用一個全控型器件VT（IGBT或MOSFET）, 對輸入直流電源進(jìn)行斬波控制通過調(diào)整全控型器件VT的控制信號占空比來

6、調(diào)整輸出電 壓。方案2：采用XL4016開關(guān)型降壓芯片和XL6019開關(guān)型升壓/降壓芯片構(gòu)成升壓、 降壓電路具有低紋波，內(nèi)助功率MOS，具有較高的輸入電壓范圍，內(nèi)置過電流保護(hù)功能與 EN引腳邏輯電平關(guān)斷功能。綜合以上兩種方案，考慮到時間的限制，選擇了比較容易實現(xiàn)的方案2。2、測量控制方案和輔助電源的論證與選擇由于瑞薩單片機開發(fā)套件數(shù)量有限，所以我們選擇了一款相對便宜，速度快，性價 比較高的STM32103V8T6作為控制器，顯示部分由于收到題目對作品重量的要求，選 擇了質(zhì)量輕，分辨率較高的0.96寸OLED屏幕顯示。由于市場上所售開關(guān)電源模塊的， 紋波大的因素，所以輔助電源選擇了一個較小的9V

7、變壓器，進(jìn)行，整流濾波作為輔助 電源。3、控制方法的論證與選擇方案1：采用PWM調(diào)節(jié)占空比的方法控制降壓芯片的控制端，達(dá)到控制恒流和控 制恒壓的目的，采用PWM調(diào)節(jié)軟件較為復(fù)雜，而且PWM調(diào)節(jié)較為緩慢，軟件控制難 度大。方案2：恒壓部分完全有硬件控制，硬件自身形成一個閉環(huán)控制回路，對電壓進(jìn)行 調(diào)節(jié)使其恒定題目要求的精度范圍。單片機通過光耦電路的工作與停止，恒流部分由 PWM調(diào)節(jié)占空比，使其恒流。綜合以上兩種方案，選擇軟件較為簡單，硬件較為復(fù)雜的方案2。二、系統(tǒng)理論分析與計算1、充電電路設(shè)計分析充電電路也就是一個降壓電路，并且要求是一個恒流源，本次競賽選取XL4016為核 心降壓芯片，其結(jié)構(gòu)如圖

8、所示。管腳定義如下典型應(yīng)用電路如下XL401OUT LOOOuFgl .初2.2放電電路設(shè)計分析XL6019是一款專為升壓、升降壓設(shè)計的單片集成電路，可工作在DC5V到40V輸入 電壓范圍，低紋波，內(nèi)置功率MOSo XL6019內(nèi)置固定頻率振蕩器與頻率補償電路，簡化 了電路設(shè)計。PWM控制環(huán)路可以調(diào)節(jié)占空比從090%之間線性變化。內(nèi)置過電流保護(hù)功 能與 EN 腳邏輯電平關(guān)斷功能。典型應(yīng)用電路如下LI 47uH/5A1%CIN220uF/35VC11054XL6019512C2105C0CT220UF/35V0NBoost ConverterTnpu? L2V 、 22VOutput 24 /

9、1. 5AVOUT=1.25*(1+R2/R1)2.1充電電路設(shè)計分析充電電路也就是一個降壓電路，并且要求是一個恒流源，本次競賽選取XL4016為核心降壓芯片，其結(jié)構(gòu)如圖所示。XL4016降壓模塊電路圖如下所示Ll 4hB43i珥鄒16頃.皿 i 廠1io0ftir-?：wh二 R2；ItKA4APB2ENRI=1CRL&=0XFFFF0000;/IgA10/11EedARCC-APB2ENRI=1APB2RSTRI=1APB2RSTR&=(1CFGR&=(3CFGRI=2CR1&=0XF0FFFF;ADC1-CR1I=0CR1&=(1CR2&=(1CR2&=(7CR2I=7CR2I=1SQR1I=0SMPR2&=(7SMPR2I=7CR2I=1CR2I=1CR2&1CR2I=1CR2&1SQR3&=0XFFFFFFE0;ADC1-SQR3|=ch;A