双向DC-DC变换器(全国大学生电子设计竞赛全国二等奖作品)剖析

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本设计主要由双向DC-DC 变换电路、测控显示电路、辅助电源三部分构成，
! }* i' j9 p! S- a其中双向DC-DC 变换电路降压部分采用XL4016 开关降压型DC-DC 转换芯片，
) W1 y; p) c- C# a. {最高转换效率可达93%，升压部分采用XL6019 开关型升压/降压芯片，具有低
* b" r6 x9 m' E0 x9 V; K纹波，输入范围广，转换效率高的特点。恒流部分采用PWM 控制原理，形成一
' Y" z! I! K- O# }% r& K6 d个闭环回路，控制电流恒定， 恒压部分完全由硬件控制， 单片机辅助控制的方式。
以上部分确保系统满足题目要求，实现恒流充电，恒压放电，过压保护功能，并
+ ~& D6 {" z7 L' W. M' B3 P& v, y且有着较高的转换效率。
! h9 p- o, m- Q) `2 W, R$ {' @在本次设计中恒压部分完全有硬件控制，硬件自身形成一个闭环控制回路，
& q% g) k" O& r$ ]+ }* A对电压进行调节使其恒定题目要求的精度范围。单片机通过光耦电路的工作与停
止，恒流部分由PWM 调节占空比，使其恒流。

一、系统方案
: R! Q; `& u( F! d9 k) P. o本设计主要由双向DC-DC 变换电路、测控显示电路、辅助电源三部分构成， 其中
$ }! \; u) N. e6 q! _9 _, @双向DC-DC 变换电路降压部分采用XL4016 开关降压型DC-DC 转换芯片，最高转换效
/ |% k; _% O& |4 q6 G) v+ a率可达93%，升压部分采用XL6019 开关型升压/降压芯片，具有低纹波，输入范围广，
转换效率高的特点。恒流部分采用PWM 控制原理， 形成一个闭环回路， 控制电流恒定，
恒压部分完全由硬件控制，单片机辅助控制的方式。以上部分确保系统满足题目要求，
8 N, k3 a! @! l) J实现恒流充电，恒压放电，过压保护功能，并且有着较高的转换效率。
8 o2 l% H% f# k0 u1、双向DC-DC 变换电路的论证与选择
方案1: 由降压斩波变换电路( 即Buck 变换电路) 和升压斩波变换电路（即Boost
电路）组成双向DC-DC变换电路，分别各使用一个全控型器件VT（IGBT 或MOSFET ）,
对输入直流电源进行斩波控制通过调整全控型器件VT 的控制信号占空比来调整输出电
: C+ Q' S( ]0 k压。
方案2：采用XL4016开关型降压芯片和XL6019开关型升压/ 降压芯片构成升压、
% w3 ~2 c3 I/ a1 \% S降压电路具有低纹波， 内助功率MOS, 具有较高的输入电压范围， 内置过电流保护功能与
! |' W9 ?. y. o8 \- Z9 lEN引脚逻辑电平关断功能。
综合以上两种方案，考虑到时间的限制，选择了比较容易实现的方案2。
2、测量控制方案和辅助电源的论证与选择
* ?, U# C$ [6 `/ ~由于瑞萨单片机开发套件数量有限，所以我们选择了一款相对便宜，速度快，性价
比较高的STM32103V8T6 作为控制器，显示部分由于收到题目对作品重量的要求，选
择了质量轻，分辨率较高的0.96 寸OLED 屏幕显示。由于市场上所售开关电源模块的，
纹波大的因素，所以辅助电源选择了一个较小的9V 变压器，进行，整流滤波作为辅助
电源。
3、控制方法的论证与选择
方案1：采用PWM 调节占空比的方法控制降压芯片的控制端， 达到控制恒流和控
制恒压的目的，采用PWM 调节软件较为复杂，而且PWM 调节较为缓慢，软件控制难
4 ?! p1 |  E. H* E( p% Y度大。
方案2：恒压部分完全有硬件控制， 硬件自身形成一个闭环控制回路， 对电压进行
调节使其恒定题目要求的精度范围。单片机通过光耦电路的工作与停止，恒流部分由
9 r% x" {; Y' x1 C* \# p9 Z( w1 ]PWM 调节占空比，使其恒流。
综合以上两种方案，选择软件较为简单，硬件较为复杂的方案2
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chencol

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xiaoqian929

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