一種雙向DC-DC變換電路的設計與檢測

2016-12-27 15:59:14聶雨昕

科技傳播 2016年19期

聶雨昕

摘要本文所述一種雙向DC-DC變換器的設計方法，通過對電路的設計，實現對電路系統實施監控和調整，達到對電路性能的提升，以保證電路輸出測試結果表明，該系統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%，內測量精度不低于2%，具有過充保護功能，并且能夠使電路在出現過流時能系統斷電，實現保護，保證整個電路系統安全、高效運行。

關鍵詞測控電路；自行校正；雙向DC-DC變換器

中圖分類號 TN7 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）172-0241-01

DC/DC 變換器已經被廣泛地應用于計算機和不間斷電源（UPS）等多個領域，雙向DC/DC變換器憑借其可調，精度準確，處理的電壓電流等級不斷提高的優勢在電動工具、通信、電源以及儲能系統等領域的應用前景廣闊，在新能源中也得到了一定的應用。為使該DC變換器恒流源輸出電流穩定連續可調，需調解占空比，可采用PWM控制原理調節。硬件控制部分自身形成一個閉環控制回路，對電壓進行調節使其恒定在精度范圍。控制器采樣輸出電壓，當輸出電壓超過預定的24V電壓時，主開關管關斷，輸出電壓穩到20V，實現過壓保護。測試結果表明，其效率達到0.90以上，可以實現電池充電、放電功能，控制精度高，具有良好的穩定性。

1 系統方案

本系統主要由AD采集模塊、顯示模塊、驅動模塊、雙向DC-DC模塊、控制模塊組成。

1.1 AD采集模塊

MC9S12XS128最小系統自帶AD模塊，AD模塊的作用是將模擬的電壓信號轉換為CPU可以處理的數字信號。

AD模塊采用數字化方式傳送，消除誤差，適合長距離模擬量采集，在選擇時需考慮轉換速度，精度，信噪比。從傳感器接收到的較微弱的輸入信號都可以由AD模塊直接轉換成串行數字信號輸出，應用于分布式數據采集系統等。

1.2 顯示模塊

選擇質量較輕且顯示速度快的LCD1602作為顯示模塊。

1.3 驅動模塊

2104芯片控制，通過一個芯片從而達到放大電流的效果，芯片控制可以通過單片機的PWM波控制，電路簡單可靠，操作簡便。

1.4 雙向DC-DC模塊

雙向DC/DC變換器的原理：當根據需要改變不同的電流方向時，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的基礎上進行研發和改進形成的，其拓撲結構多也是在已有的單項DC-DC拓撲結構的基礎上通過開關元件，二極管并聯反向開關元件和反向二極管從而實現能量的雙向移動。DC-DC變換電路具有多種形式，而隨著發展，工業上對變換器的電壓等級和容量等級等的要求都日益提高，需要更強的精確性與穩定性。

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和一個二次積分電路來調制功率開關管的開啟時間，使 Boost 變換器在不連續導電模式下恒頻工作并實現電壓跟隨，可得到在恒頻狀態下的PFC。

2 系統理論分析

2.1 控制電路分析

控制電路通過PWM脈寬調制來實現，脈沖寬度調制是一種動態響應較好且靈活的模擬控制方法，本質就是根據相應地需要與變化，周期性改變正向電流的導通時間，即使在工作條件變化是，電源的輸出電壓仍保持恒定。在每半個周期內輸出若干個寬窄不同的矩形脈沖波，用于該面積相等的舉行來代替，于是正弦波所包圍的面積可以用矩形脈沖面積之和來等效。

實際中采用鍵盤對輸出PWM的占空比進行控制，按下K2時PWM輸出占空比增加，按下K1時PWM輸出占空比減小。

2.2 系統框圖