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，
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，
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
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，实现恒流充电，恒压放电，过压保护功能，并
$ W/ {5 p8 g2 k; }" I' |+ Q9 S且有着较高的转换效率。
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，
8 o/ p9 X, h/ c/ u6 O% W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。
$ `3 H) v% v" m5 c$ L5 G2 h3 M0 G
一、系统方案
' p- O8 h3 ]' k% u" j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
: \1 H7 [, a" k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
" F; T$ b' N9 N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，
5 w8 R6 q0 W' n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，并且有着较高的转换效率。
" D! c4 w7 Y, t9 D: F1、双向DC-DC 变换电路的论证与选择
) O  B/ L- ?& ~' F. Q" a# Z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
1 q2 ~/ E+ i% p; `" l/ d3 p' E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 ）,
( r9 }3 S; B' Y  A  g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
, z% W! m7 r9 n% j; s0 z压。
2 G( g1 Y/ U1 [8 M' t) i$ \6 }7 m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、
/ i" O  m  _9 `' E: h; L1 [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
5 r" |4 c8 L, s& g! D7 h0 HEN引脚逻辑电平关断功能。
5 T& M# o+ K- F9 R  ~5 I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。
$ c) K. T! U& ^2 r0 X: e7 m7 i2、测量控制方案和辅助电源的论证与选择
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，
0 S& j+ l- }- c: w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
! V7 I+ S" r7 F3 }' a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
9 C( G- Q: @3 d8 U/ d3 Y# X度大。
6 g- W3 I2 o. E8 G: O$ |! [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
; W' c5 d5 V$ e  E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。
6 V- A7 ?: O/ X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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+ C- S8 Z, z5 Y/ f9 @- \

xiaoqian929

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