双向DC-DC变换

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1、2015年全国大学生电子设计竞赛论文A题：双向DC-DC变换器2015年8月15日双向DC-DC变换器（A题）摘要本设计采用PWM技术来实现双向DC—DC变换，可由外部电源给锂电池充电，当外部电源低于30伏时则由锂电池直接给负载供电，且两者可以根据外部电源电压与锂电池电压的高低进行自动切换。本设计使用BUCK（直流斩波降压电路）电路实现恒流充电，采用BOOST（直流斩波升压拓扑电路）实现锂电池给负载恒压供电。本设计使用STM32为主控模块，主要采用TL494来产生单路PWM波，该PWM波进入半桥驱动芯片IR2401后可产生两路互

2、补的PWM波，以此驱动相应大功率场效应管，该驱动方式属于同步整流的范围，因此其效率可达到90%以上。关键字：DC-DC，STM32，BOOST电路，BUCK电路，同步整流AbstractThisdesignusesPWMtechnologytoachievetwo-wayDC-DCtransform,whichcanbechargedbytheexternalpowertothelithiumbattery,whentheexternalpowersupplyislowerthan30volts,andthetwocanauto

3、maticallyswitchaccordingtothevoltageoftheexternalpowersupplyvoltageandthelithiumbattery.ThedesignusesBUCK(DCchoppercircuit)circuittoachieveconstantcurrentcharging,usingBOOST(DCchopperboosttopology)toachievealithiumbatterypowersupplytotheload.ThisdesignusetheSTM32asth

4、emaincontrolmodule,themainuseofTL494toproduceasinglePWMwave,thePWMwaveafterenteringthehalfbridgedriverchipIR2401cangeneratetwocomplementaryPWMwave,soastodrivethecorrespondinghighpowerfieldeffecttransistor,thedriveisthesynchronousrectificationrange,sotheeffectratereac

5、hedmorethan90%.Keywords:DC-DC,STM32,BOOSTcircuit,buakcircuit,synchronousrectifier9一、方案论证及比较1.拓扑方案的选择和论证方案一：使用LM2596分别做两个电路，一个用MAX417和LM2596做恒流源，实现外部电源给电池恒流充电，另一路使用LM2596作恒压源，实现电池给负载供电。方案二：用BUCK电路作为降压恒流源，实现给电池充电，用BOOST来升压实现电池给负载供电。这两个电路都是使用场效应管和续流二极管实现的，存在效率低的缺点。方案三：方

6、案三和方案二类似，使用的都是BUCK和BOOST拓扑电路，但使用了同步整流电路。同步整流是现在做电源的很好的一个整流电路，它可以很好的提高效率。由于在这道题中对效率的要求要达到90%以上，为了能满足设计的需求，所以选择方案三。电路图如图1-1所示。图1-1BUCK与BOOST与同步整流电路拓扑2.产生PWM波方案方案一：使用STM32的PWM功能，产生两路的互补的PWM波，外加驱动电路，直接去驱动同步整流桥，然后在程序里面做到闭环控制，让设定的PWM波的占空比能很好的跟踪输出，但是程序难度相对大，而且可靠性相对较低。9方案二：使

7、用TL494产生一路占空比可调，且占空比可达100%的PWM波，然后进入一个驱动板桥的电路，由此产生两路互补的PWM波，然后直接去驱动整流桥的上下管，实现整流功能，也就是实现BUCK电路的直流斩波降压功能和BOOST的直流斩波升压功能。同时由于使用TL494可以很好的实现硬件闭环控制,且易于结合单片机实现数控，所以选择方案二。原理图如图1-2所示。图1-2PWM波产生电路3.处理器方案一：使用AT89S52来做为CPU实现对电路的调节，从而实现数控。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Fl

8、ash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统