第11题 双向dc-dc变换器

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1、摘要本系统基于双向同步整流原理，主电路在拓扑结构上整合Buck和Boost两种电路，配合MOS管驱动电路、电流检测电路、辅助电源电路以及输出过流保护电路，使该DC/DC变换器实现能量的双向流通。系统由STM32F103ZET6单片机控制电流的步进可调，同时控制PWM波产生相应恒定电压值，使用TI的MOS管CSD19535代替续流二极管，大大提高了系统效率。本系统在充电模式可达到98%的转换效率，放电模式达到98%的转换效率，电流检测电路使用TI高精度检流芯片INA282，恒定输出的电流精度稳定在1.5%以内，电压

2、精度稳定在1%以内，同时在LCD上显示所处状态，符合基本要求与发挥部分的参数要求。本设计创新点在于将电池充电过程分为三个阶段，通过显示屏实时显示电池所处的充电状态。关键词DC/DC电路同步整流STM32目录1方案论证11.1方案描述11.2方案比较与选择11.2.1主控器方案比较与选择11.2.2显示屏方案比较与选择21.2.3电流检测方案比较与选择21.2.4PWM生成方式比较与选择21.2.5驱动电路方案比较与选择22电路与程序设计32.1双向DC/DC主回路与器件32.2测量控制电路、控制程序32.2.1测

3、量控制电路32.2.2控制算法32.2.3主程序设计43理论分析与计算53.1主回路主要器件参数选择及计算53.1.1MOS管驱动芯片IR211053.1.2电流检测芯片INA28253.1.3功率管选择CSD1953563.1.4电感参数计算63.2控制方法与参数计算63.3提高效率的方法74测试方案与测试结果（见附件）74.3测试结果分析75结束语86参考文献81方案论证1.1方案描述本设计采用双向同步整流电路，单片机控制输出两路PWM波经过IR2110驱动高端PMOS管或低端NMOS管。通过控制PWM的占空

4、比来控制两个MOS管的导通和关断。当高端MOS管导通时，低端断开；同理，当低端MOS管导通时，高端MOS管断开，从而实现同步整流，方案总体描述框图1所示：图1方案总体描述框图1.2方案比较与选择1.2.1主控器方案比较与选择方案一：采用通用的51系列单片机。核心控制部件使用89C51时，为达到设计精度的要求，外围电路使得整个系统硬件电路变得复杂,并且传统的51单片机没有PCA定时器，获得两路PWM较复杂，使得系统的性价比偏低。方案二：采用MSP430G2553为主控制器，带内部基准、采样与保持以及自动扫描功能的1

5、0位200-ksps模数转换器，时钟频率为32kHz,但引脚相对较少，无法满足要求。方案三：采用STM32单片机为主控制器，具有72MHz的CPU工作频率，且自带有3个12位模数转换器(多达21个输入通道)，转换时间仅为1μs,2通道12位D/A转换器。含有多达112个多功能双向的I/O口，所有I/O口可以映像到16个外部中断。经比较，故采用方案三，使用STM32单片机为主控制器。1.2.2显示屏方案比较与选择方案一：采用Nokia5110显示屏，可以显示15个汉字、30个字符，仅四根I/O线即可驱动，工作速度快

6、；体积很小，质量轻；工作电压3.3V，正常显示时工作电流200uA以下，功耗极低；具有掉电模式，适合电池供电的便携式移动设备。方案二：采用12864显示屏，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵），可与CPU直接连接，提供两种界面来连接MCU：8-位并行及串行两种连接方式，但12864重量较大，屏幕可显示的容量较小。方案三：采用TFT液晶屏，高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息，是目前最好的LCD彩色显示设备之一，其效果接近CRT显示器，但功耗较大，成本较高。第1页

7、，共8页从低功耗角度考虑，采用方案一作为显示屏的方案。1.2.3电流检测方案比较与选择方案一：采用AD620运放，将检流电阻两端的电压进行隔离放大，AD620可以实现1到1000的增益，增益范围大且可通过电阻改变放大倍数。但是，由于外接电阻的精度问题，增益不能准确确定，且AD620的共模抑制比较小。方案二：采用高精度检流芯片INA282进行电流检测，INA282的增益为50倍，共模抑制比比较高，只需外接20毫欧电阻便可完成测量并且非常准确。此外，INA282共模范围为-14~80V。利用INA282实现检流功能，

8、电路简单，能耗较小。图2INA282检流电路经比较，从电路连接上以及精度方面考虑，采取方案二为电流检测方案。1.2.4PWM生成方式比较与选择方案一：采用硬件生成方式，利用NE555产生PWM波形。因为电容器C1开始放电。使得第3接脚到高电位。当第3接脚到高电位时，电容器C1开始通过R1和对二极管D2充电。当在C1的电压到达+V的2/3时启动接脚6，电容器C1起动通过R1