雙向DCDC變換器

1、 雙向DC-DC變換器摘要：雙向DC-DC變換器是能夠根據(jù)能量的需要調(diào)節(jié)能量雙向傳輸?shù)闹绷鞯街绷鞯淖儞Q器。本文闡述的雙向DC-DC變換器通過集成運放加三極管組成的恒流源實現(xiàn)實現(xiàn)電池的充電功能以及由TL494組成的升壓電路實現(xiàn)對電池的放電功能，LCD液晶屏用于顯示充電電池的充電電流，并且能夠自動轉(zhuǎn)換變換器充放電工作模式。此作品電路簡單，效率較高，性能穩(wěn)定；可以滿足題目的要求，可適用于直流不停電系統(tǒng)、太陽能電池變換器、電動汽車等方面。關(guān)鍵詞：雙向DCDC變換器；恒流源；TL49401、 方案論證與比較：恒流源方案比較：方案一：由晶體三極管組成的恒流源，利用三極管集電極電壓變化對電流影響，并在電路中

2、采用電流負(fù)反饋來提高輸出電流的恒定。由于晶體管參數(shù)受溫度變化影響，要采用溫度補償及穩(wěn)壓措施，增加電路的復(fù)雜性且輸出電流不便調(diào)節(jié)。方案二：集成運算放大器和MOS管組成的壓控型恒流源，利用運放來驅(qū)動功率管MOSFET的導(dǎo)通程度，獲得相應(yīng)的輸出電流在采樣電阻上產(chǎn)生的采樣電壓作為反饋電壓送到運放的反相輸入端，并與同相輸入端的給定電壓進行比較，依此對MOS管的驅(qū)動電壓進行調(diào)整，達到對功率管的導(dǎo)通電流進行調(diào)整的目的；采用放大器負(fù)反饋構(gòu)成的恒流源，可以獲得較高精度、較大的電流輸出。因此本設(shè)計采用方案二。DC-DC升壓電路方案比較：逆變電路 濾波器整流電路 變壓器 方案一：結(jié)構(gòu)如下圖所示，可以實現(xiàn)輸出端與輸入

3、端的隔離，適合于輸入電壓與輸出電壓之比遠大于一或遠小于一的情形，但由于采用多次變換，電路中的損耗較大，效率低，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。直流 交流 交流 直流 圖11 方案二：用Boost升壓電路，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1-2所示。開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷受到外部PWM信號控制，電感L將交替的儲存和釋放能量，電感L儲能后使電壓泵升，而電容C可將輸出電壓保持住，輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為u0=(Ton+Toof),通過改變PWM控制信號的占空比可以實現(xiàn)相應(yīng)輸出電壓的變化。該電路采取直接直流變流的方式升壓，電路結(jié)構(gòu)較為簡單，損耗較小，效率較高。 圖1-2二、電路與程序設(shè)計1、系統(tǒng)電路框圖 圖2-1 MOS管并聯(lián)使用時要注意防止

4、因為極間電容和分布電容的增加而引起寄生振蕩。功率管一旦發(fā)生這樣的振蕩就會失去控制，并最終造成整個系統(tǒng)不能工作。防止發(fā)生寄生振蕩的措施有（1）在每個柵極導(dǎo)線上設(shè)置鐵氧磁體小珠。（2）在每個柵極柵極上串聯(lián)一個電阻。（3）在MOS管的漏極與柵極之間接數(shù)百pf的電容。 圖2-2恒流源電路 圖2-3升壓電路圖2-3中的1歐|2w電阻R是用于電路的過流保護，R兩端的電容C5可濾除高頻干擾信號。2、 測量控制回路及程序 圖2-4 三、理論分析與計算 1、主回路主要器件參數(shù)選擇圖2-2輸出電流I0與基準(zhǔn)電壓Vr的關(guān)系I0=R3*Vr/(R3+R2)*R1。 R1 R2 R3分別取1k、1.6k、10歐。升壓電

5、路主回路中L可選用電感量為140200H且通過5A以上電流不會飽和的電感器。電感的設(shè)計包括磁芯材料、尺寸、型號選擇及繞組匝數(shù)計算、線徑選用等。電路工作時重要的是避免電感飽和、溫升過高。磁芯和線徑的選擇對電感性能和溫升影響很大，材質(zhì)好的磁芯如環(huán)形鐵粉磁芯，承受峰值電流能力較強，EMI低。輸出電容C2的選定取決于對輸出紋波電壓的要求，紋波電壓與電容的等效串聯(lián)電阻ESR有關(guān)，電容器的容許紋波電流要大于電路中的紋波電流。選用560F50V以上頻率特性好的電解電容可滿足要求。續(xù)流二極管的選擇續(xù)流二極管應(yīng)采用快恢復(fù)二極管,其具有開關(guān)特性好、耐壓高、正向電流大等優(yōu)點。本設(shè)計采用的BY299是超快恢復(fù)二極管,

6、其耐壓值為800V,正向電流為3.0A,最大恢復(fù)時間為100ns,滿足設(shè)計要求。2、提高效率的方法 （1）選取合適的MOS管。在恒流源電路中選擇兩個并聯(lián)的IRFP260，并聯(lián)后兩個開關(guān)管的最小電阻為0.028歐;升壓電路由于是PWM芯片直接驅(qū)動，因此驅(qū)動電流不大，考慮到效率問題，選用IRF640。它是電壓控制器件，要求驅(qū)動電流很低，并且開關(guān)速度很快，導(dǎo)通電阻很小，這樣既減少了開關(guān)損耗，也降低了本身寄生電阻的損耗。 （2）在升壓電路中開關(guān)管的頻率越高損耗越大，所以要選擇合適的振蕩頻率。振蕩頻率f=1.1/Ct*Rt.我們選擇f=50kHZ。Ct=1uf，Rt=22k歐。四、測試方案與測試結(jié)果1、

7、測試儀器測試儀器：直流穩(wěn)壓源、數(shù)字萬用表、數(shù)字示波器。2、測試方案及結(jié)果（1）接通S1、S3斷S2。調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓源令U2=30V。I0/AI10/AEic/% 11.101.11.201.21.301.2751.41.91.3751.51.81.451.63.31.5251.74.61.651.82.91.751.92.71.8252.03.92.0252.01.25 經(jīng)過測試電流控制精度不低于5%，符合要求。（2）接通S1、S3斷開S2，使I1=2A，U2=30V ，S1為電流I1變化率 U2/V24262830323436I1/A221.99221.992S1/%000.5000.50(3

8、) 變換器效率接通S1、S3斷開S2，設(shè)定I1=2A，U2=30VU1/V27.727.227.527.427.7I1/A2.0321.9722U2/V29.9303029.930I2/A2.031.991.9722n/%92.69191.791.692.3（4）斷開S1、接通S2并保持U2=30V，測量變換器效率U1/VI1/AU2/VI2/A效率/%18.51.730195.3效率達到95%符合要求五、總體結(jié)論 綜合上述各部分的測試結(jié)果：本設(shè)計很好的完成了題目的要求部分，發(fā)揮部分也完成較好。本電路的結(jié)構(gòu)合理、性能良好，各個指標(biāo)完成較好，電路可以自動切換充放電功能并有過流保護功能，使電路運行

9、更安全。六、附錄 #include<reg52.h> #include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code table="0123456789"uchar code table1=".A"sbit lcden=P02;/液晶使能端sbit lcdrs=P00;/液晶數(shù)據(jù)命令選擇端sbit adwr=P05;/寫信號輸入，0啟動轉(zhuǎn)換sbit adrd=P04;/讀信號輸入，0有效sbit adcs=P03;/'0&#

10、39;有效，表示AD被選中啟動工作uchar num;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void write_com(uchar com)lcdrs=0;P2=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_data(uchar date)lcdrs=1;P2=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init()lcden=0;write_com(0x38);/設(shè)置16X2顯示,5X7點陣,8位數(shù)據(jù)接

11、口write_com(0x0c);/設(shè)置開顯示，不顯示光標(biāo)write_com(0x06);/寫一個字符后地址指針加1write_com(0x01);/顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零void main()uint v;uchar sum, a1,a2,a3,a4,a5; adcs=0;init();while(1) adwr=1; _nop_(); adwr=0;/啟動AD轉(zhuǎn)換 _nop_(); adwr=1; write_com(0x80);write_data(tablea1); delay(5);write_com(0x80+0x01);write_data(table10);delay(5); write_com(0x80+0x02);write_data(tablea2); delay(5);write_com(0x80+0x03);write_data(tablea3); delay(5); write_com(0x80+0x04);write_data(table11); delay(5); /*write_com(0x80+0x05);write_data(