一种双向DC-DC变换电路的设计与检测

2016-12-27 15:59聂雨昕

科技传播 2016年19期

聂雨昕

摘要本文所述一种双向DC-DC变换器的设计方法，通过对电路的设计，实现对电路系统实施监控和调整，达到对电路性能的提升，以保证电路输出测试结果表明，该系统电流控制精度不低于5%，充电电流I1 的变化率不大于1%，变换器的效率大于等于90%，内测量精度不低于2%，具有过充保护功能，并且能够使电路在出现过流时能系统断电，实现保护，保证整个电路系统安全、高效运行。

关键词测控电路；自行校正；双向DC-DC变换器

中图分类号 TN7 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）172-0241-01

DC/DC 变换器已经被广泛地应用于计算机和不间断电源（UPS）等多个领域，双向DC/DC变换器凭借其可调，精度准确，处理的电压电流等级不断提高的优势在电动工具、通信、电源以及储能系统等领域的应用前景广阔，在新能源中也得到了一定的应用。为使该DC变换器恒流源输出电流稳定连续可调，需调解占空比，可采用PWM控制原理调节。硬件控制部分自身形成一个闭环控制回路，对电压进行调节使其恒定在精度范围。控制器采样输出电压，当输出电压超过预定的24V电压时，主开关管关断，输出电压稳到20V，实现过压保护。测试结果表明，其效率达到0.90以上，可以实现电池充电、放电功能，控制精度高，具有良好的稳定性。

1 系统方案

本系统主要由AD采集模块、显示模块、驱动模块、双向DC-DC模块、控制模块组成。

1.1 AD采集模块

MC9S12XS128最小系统自带AD模块，AD模块的作用是将模拟的电压信号转换为CPU可以处理的数字信号。

AD模块采用数字化方式传送，消除误差，适合长距离模拟量采集，在选择时需考虑转换速度，精度，信噪比。从传感器接收到的较微弱的输入信号都可以由AD模块直接转换成串行数字信号输出，应用于分布式数据采集系统等。

1.2 显示模块

选择质量较轻且显示速度快的LCD1602作为显示模块。

1.3 驱动模块

2104芯片控制，通过一个芯片从而达到放大电流的效果，芯片控制可以通过单片机的PWM波控制，电路简单可靠，操作简便。

1.4 双向DC-DC模块

双向DC/DC变换器的原理：当根据需要改变不同的电流方向时，且需要保持直流变换器两端的直流电压极性不变，基本原理是在单向DC的基础上进行研发和改进形成的，其拓扑结构多也是在已有的单项DC-DC拓扑结构的基础上通过开关元件，二极管并联反向开关元件和反向二极管从而实现能量的双向移动。DC-DC变换电路具有多种形式，而随着发展，工业上对变换器的电压等级和容量等级等的要求都日益提高，需要更强的精确性与稳定性。

1.5 控制模块

用带PFC的Boost型DC—DC升压器。利用输入，输出电压的采样信号和一个二次积分电路来调制功率开关管的开启时间，使 Boost 变换器在不连续导电模式下恒频工作并实现电压跟随，可得到在恒频状态下的PFC。

2 系统理论分析

2.1 控制电路分析

控制电路通过PWM脉宽调制来实现，脉冲宽度调制是一种动态响应较好且灵活的模拟控制方法，本质就是根据相应地需要与变化，周期性改变正向电流的导通时间，即使在工作条件变化是，电源的输出电压仍保持恒定。在每半个周期内输出若干个宽窄不同的矩形脉冲波，用于该面积相等的举行来代替，于是正弦波所包围的面积可以用矩形脉冲面积之和来等效。

实际中采用键盘对输出PWM的占空比进行控制，按下K2时PWM输出占空比增加，按下K1时PWM输出占空比减小。

2.2 系统框图