2015年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽雙向-DC-DC-變換器(A題)設(shè)計報告

2015年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽雙向DC-DC變換器（A題）【本科組】2015年8月13日

目錄第一章方案論證 -1-反步驟下為降壓運行。圖1-2雙向反激DC-DC變換器方案三：雙向恒流DC-DC變換器該變換器分為恒流源和恒壓源兩部分電路，由開關(guān)控制兩部分的通斷，來實現(xiàn)升壓和降壓的功能，最終實現(xiàn)DC-DC變換的目的。經(jīng)比較，方案三較為簡單，易于實現(xiàn)，能盡量較少元器件的相互影響。故選擇方案三作為本次實驗方案。1.1.2脈沖發(fā)生模塊的選擇方案一：SG3525SG3525是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強的單片集成PWM控制芯片，它簡單可靠及使用方便靈活，輸出驅(qū)動為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動能力；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PWM鎖存器，有過流保護功能，頻率可調(diào)，同時能限制最大占空比。方案二：TL494TL494是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開關(guān)電源控制所需的全部功能，廣泛應(yīng)用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關(guān)電源。經(jīng)比較，SG3525能滿足本次實驗的所需功能且較TL494穩(wěn)定、簡單，故選擇SG3525作為本次實驗的PWM控制芯片。1.2方案描述經(jīng)過論證，本次實驗采用SM2535芯片產(chǎn)生PWM來供給DC-DC模塊來控制輸出電壓的高低，并由STM32單片機檢測所需檢測的電壓電流，進而控制DC-DC模塊的工作模式，實現(xiàn)比賽所要求的各項目的。第二章電路與程序設(shè)計2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.1.1主系統(tǒng)圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.1.2子系統(tǒng)與器件選擇（1）升壓電路模塊圖2-2XL6009BOOST電路（2）基于VAS1210降壓電路模塊圖2-3VAS1210原理圖（功率路徑：MOS閉合時，綠線表示；MOS斷開時，紅線表示。）2.2器件選擇（1）電容的選擇輸入電容：22uF或者更大。（2）肖特基二極管的選擇肖特基二極管：電流能力須大于輸出電流，且反向擊穿電壓要大于輸入電壓。2.3程序功能描述根據(jù)題目要求軟件部分主要實現(xiàn)鍵盤的設(shè)置和顯示。（1）鍵盤實現(xiàn)功能：設(shè)置電流的比例（2）顯示部分：顯示電壓值和電流值（3）程序設(shè)計思路在系統(tǒng)中，軟件的主要作用是完成命令輸入、輸出采樣、軟件過流保護和結(jié)果顯示等功能，設(shè)計相對簡單。第三章理論分析與計算3.1參數(shù)的計算3.1.1電感的計算電感量的選擇直接關(guān)系到系統(tǒng)的工作頻率，電感量大則工作頻率低，電感量小則工作頻率高。大的感量可降低頻率從而減小NMOS上的開關(guān)損耗，但對于相同體積電感，感量越大電感的繞線電阻也越大，則電感上的損耗也越大。系統(tǒng)工作頻率的計算：3.1.2開關(guān)頻率的計算開關(guān)頻率和MOS管的功耗有很大的關(guān)系，頻率越高，產(chǎn)生的損耗越大。較低的電路工作頻率可以降低MOS管的開關(guān)損耗，但輸出電壓脈動會增大，因此應(yīng)在允許的頻率范圍內(nèi)選擇較低的頻率。合適的開關(guān)頻率大致處于20KHz與60KHz之間，本系統(tǒng)選取開關(guān)頻率為30KHz，可以降低損耗。3.1.3其他外圍參數(shù)選擇外置增強型N-MOSFET：芯片Gate驅(qū)動電壓為10V，要選取柵耐壓>10V的MOS管，且VDS擊穿電壓要大于輸入電壓，飽和電流要大于輸出電流，導(dǎo)通電阻關(guān)系到工作效率問題，MOS管消耗功率為：3.1.4輸出電流設(shè)置芯片輸出電流大小可通過選擇檢測電阻RSNS來設(shè)置，輸出平均電流大小與RSNS關(guān)系為：芯片輸入電流、電壓與輸出電流、工作效率關(guān)系可表示如下：第四章測試方案與測試結(jié)果4.1測試方案及測試條件4.1.1測試方案（1）硬件測試首先，將硬件主電路分成兩個模塊分開測試，測試輸入電壓、電流與輸出電壓、電流之間的關(guān)系。經(jīng)測試各模塊符合要求后，加入控制模塊進行測試，最后將各個模塊合并再次進行測試，分別以此測試所要求項目。軟件仿真測試BOOST升壓電路仿真 4.1.2測試條件測試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。測試儀器：高精度的數(shù)字毫伏表，數(shù)字示波器，數(shù)字萬用表。4.2測試結(jié)果及其分析4.2.1測試結(jié)果當電壓U2不變時，測量改變占空比對充電電流I1幅值的影響過程。U2=30V占空比α（%）404244464850525456電流I1（A）1.241.281.321.361.391.431.471.501.53占空比α（%）586062646668707274電流I1（A）1.581.611.651.701.731.771.801.831.86調(diào)整電壓U2的幅值，觀察充電電流I1的變化過程。電壓U2（V）25.626.227.128.929.831.232.5.33.134.9電流I1（A）2.001.991.992.012.002.012.002.002.014.2.2測試分析根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)，由此可以得出以下結(jié)論：（1）當U2=30V條件下，實現(xiàn)對電池恒流充電。充電電流I1在1～2A范