基于buck-booost電路的雙向dc-dc變換電路

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1、1221102015年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽雙向DC-DC變換器（A題）【本科組】2015年08月15號(hào)17摘要雙向DC/DC變換器（Bi-directionalDC-DCConverter，BDC）是一種可在雙象限運(yùn)行的直流變換器，能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向傳輸。隨著開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的不斷發(fā)展，雙向DC/DC變換器已經(jīng)大量應(yīng)用到電動(dòng)汽車(chē)、太陽(yáng)能電池陣、不間斷電源和分布式電站等領(lǐng)域，其作為DC/DC變換器的一種新的形式，勢(shì)必會(huì)在開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域上占據(jù)越來(lái)越重要的地位。由于在需要使用雙向DC/DC變換器的場(chǎng)合很大程度上減輕系統(tǒng)的體積重量及成本，所以具有重要研究?jī)r(jià)值。既然題目要求是作用于可充電鋰

2、電池的雙向的DC-DC變換器，肯定包括降壓、升壓、電壓可調(diào)、恒流、等要求。考慮到題目對(duì)效率的要求，我們選擇降壓Buck電路，升壓Boost電路，并用反饋電路和運(yùn)放電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓可調(diào)和恒流等要求，通過(guò)一系列的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)幾大量的計(jì)算，基本上能完成題目的大部分要求。關(guān)鍵詞：雙向DC/DC變換器；雙向Buck-Boost變換器；效率；恒流穩(wěn)壓17目錄1系統(tǒng)方案41.1DC-DC雙向變換器模塊的論證與選擇41.2測(cè)控電路系統(tǒng)的論證與選擇42系統(tǒng)理論分析與計(jì)算42.1雙向Buck-BOOST主拓電路的分析42.2電感電流連續(xù)工作原理和基本關(guān)系52.3控制方法與參數(shù)計(jì)算63電路與程序設(shè)計(jì)7

3、3.1電路的設(shè)計(jì)73.1.1系統(tǒng)總體框圖73.1.2給電池組充電Buck電路模塊73.1.3電池放電Boost升壓模塊83.1.4測(cè)控模塊電路原理圖83.1.5電源93.2程序設(shè)計(jì)94測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果154.1測(cè)試方案154.2測(cè)試條件與儀器154.3測(cè)試結(jié)果及分析154.3.1測(cè)試結(jié)果(數(shù)據(jù))154.3.2測(cè)試分析與結(jié)論16171系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由DC-DC雙向變換器模塊、測(cè)控電路模塊及輔助電源模塊構(gòu)成，分別論證這幾個(gè)模塊的選擇。1.1DC-DC雙向變換器模塊的論證與選擇方案一：采用大功率的線性穩(wěn)壓芯片搭建穩(wěn)壓電路，使充電壓恒定，在輸入電壓高于充電合適電壓時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入

4、電壓的降壓，為電池組充電。該電路外圍簡(jiǎn)單，穩(wěn)壓充電不需要軟件控制，簡(jiǎn)單方便，但轉(zhuǎn)換效率低。同時(shí)采用采用基于NE555的普通升壓電路，這種電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低，但轉(zhuǎn)換效率較低、電池電壓利用率低、輸出功率小，更不能不易與基于大功穩(wěn)壓芯片所構(gòu)成的穩(wěn)壓電路結(jié)合構(gòu)成DC-DC雙向變換器。方案二：采用Buck-Boost電路，選擇合適的開(kāi)關(guān)管、續(xù)流二極管，電能的轉(zhuǎn)化效率高，且電路簡(jiǎn)單，功耗小，穩(wěn)壓范圍寬，能很好的實(shí)現(xiàn)輸入降壓，輸出升壓。但輸入、輸出電流皆有脈動(dòng)，使得對(duì)輸入電源有電磁干擾且輸出紋波較大。所以實(shí)際應(yīng)用時(shí)常加有輸入，輸出濾波器。方案一簡(jiǎn)單輕便但會(huì)影響電源的效率，而方案二中的Bu

5、ck電路能很好保對(duì)證電源的降壓要就對(duì)電池組充電，并且使電池組的充電率滿足題目要求，所以采用方案二。1.2測(cè)控電路系統(tǒng)的論證與選擇方案一：采用基于51單片機(jī)的數(shù)控電路，測(cè)控精度高，但不能連續(xù)可調(diào)，制作過(guò)程復(fù)雜，工作量大，并且造價(jià)高，維護(hù)復(fù)雜。方案二：基于UC3843的測(cè)控電路，電路簡(jiǎn)單，效率高，可靠性高，但隨著負(fù)載的增大，輸出波形變得不穩(wěn)。綜合考慮采用采用方案二。2系統(tǒng)理論分析與計(jì)算2.1雙向Buck-BOOST主拓電路的分析Buck-Boost變換器是輸出電壓可低于或高于輸入電壓的一種單管直流變換器，其主電路與Buck或Boost變換器所用的元器件相同，也有開(kāi)關(guān)管、二極管、電

6、感、和電容構(gòu)成。如下圖1所示。Buck-Boost變換器也有電感電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作方式。圖2是電感電流連續(xù)時(shí)的主要波形。圖3是Buck-Boost變換器在不同工作狀態(tài)下的等效電路圖。電感電流連續(xù)工作室時(shí)，有兩種工作模式，圖(3a)的開(kāi)關(guān)管S1導(dǎo)通時(shí)的工作模式，圖3（b）是開(kāi)關(guān)管S1關(guān)斷、L續(xù)流時(shí)的工作模式。圖1主電路17圖2電感電流連續(xù)工作波形S1導(dǎo)通S1斷開(kāi)圖3Buck-Boost不同開(kāi)關(guān)模式下等效電路2.2電感電流連續(xù)工作原理和基本關(guān)系電感電流連續(xù)工作時(shí)，Buck/Boost變換器有開(kāi)關(guān)管S1導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)管S1關(guān)斷兩種工作模態(tài)。?在開(kāi)關(guān)模態(tài)1[0~]：?t=0時(shí)，S1導(dǎo)

7、通，電源電壓加載電感上，電感電流線性增長(zhǎng)，二極管D戒指，負(fù)載電流由電容提供：t=時(shí)，電感電流增加到最大值，S1關(guān)斷。在S1導(dǎo)通期間電感電流增加量17在開(kāi)關(guān)模態(tài)2[?~?T]:?穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，S1導(dǎo)通期間的增長(zhǎng)量應(yīng)等于S1關(guān)斷期間的減小量，或作用在電感上電壓的伏秒面積為零，有：由(2-8)式，若=0.5，則=；若<0.5，則<；反之，>0.5，>。設(shè)變換器沒(méi)有損耗，則輸入電流平均值和輸出電流平均值之比為開(kāi)關(guān)管S1截止時(shí)，加于集電極和發(fā)射極間電壓為輸入電壓和輸出電壓之和，這也是二極管D截止時(shí)所承受的電壓由圖1