20xx年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽雙向dcdc電源設(shè)計(jì)報(bào)告(編輯修改稿)
2025-01-21 17:07 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 存儲的能量越大；相反電感存儲的能量越小。 穩(wěn)壓過程有兩個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)來控制 ， 分別是 恒壓輸出 和 過流保護(hù) 。 恒壓輸出 ： 在輸出端通過電阻分壓采集比例電壓信號， 經(jīng)電壓 誤差比較器 后平滑濾波 。 積分器的電容大小影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度，即影響指標(biāo)中輸出的動態(tài)響應(yīng)時(shí)間。 當(dāng)采 3 集的電壓小于內(nèi)部 基準(zhǔn)電壓， 使 PWM 調(diào)節(jié)器的輸出脈寬 增加，從而影響輸出電壓調(diào)節(jié)幅度 。 升壓 、降壓 電路 參數(shù) 計(jì)算 元件選取 管的選取 根據(jù)主電路中的工作電壓及電流，結(jié)合 MOS 管的耐壓、耐流及損耗性能，電力晶體管耐壓高，且開關(guān)損耗大，適合工作頻率比較低的場合，電力場效應(yīng)管耐壓比較低，但是開關(guān)損耗小，適合頻率比較高的工作場合。根據(jù)這里的情況，我們選用了?？紤]到實(shí)際電壓電流尖峰和沖擊，電壓電流耐量分別取 2倍裕量，即應(yīng)選取耐壓高于 40V，最大電流 33A。實(shí)際選用 IRF540 型 MOS 管。 為降低續(xù)流二極管的導(dǎo)通壓降，減少功率損耗，提高效率， 選用肖特基二極管作為續(xù)流二極管。根據(jù)主回路中的工作電壓及電流，結(jié)合肖特基二極管的耐壓、耐流及損耗性能，選用 IN4746 耐壓 40V 最大電流為 30A。 電感計(jì)算 工作模式下 MOS 開關(guān)管占空比 D 的計(jì)算： 0 .520 1020U UUD I IO ??? ，則： ? ? ? ? ? ? HfI DDUU Si ?5610821 30 ?????????? SU 為開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的壓降和電流取樣電阻上的壓降之和，取 06~ 設(shè)電感紋波電流為平均電流的 30%，即： ? ? AII C C MLL ???? 所以電感值： ? ? ? ? HfI DULSi ? 3 ??? ?????? 電感的設(shè)計(jì)包括磁芯材料、尺寸選擇及繞組匝數(shù)計(jì)算、線徑選用等。電路工作時(shí)重要的是避免電感飽和、溫升過高。磁芯和線徑的選擇對電感性能和溫升影響很大，材質(zhì)好的磁芯如環(huán)形鐵粉磁芯，承受峰值電流能力較強(qiáng)， EMI 低。而選用線徑大的導(dǎo)線繞制電感，能有效降低電感的溫升。 4 3 電路與程序設(shè)計(jì) 電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)總體框圖如圖 1 所示， 主要包括 DCDC 降壓充電模塊、 DCDC 升壓放電模塊、MCU 控制模塊、顯示單元、轉(zhuǎn)換開關(guān)、穩(wěn)壓電源、電池組七部分組成。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手動和自動充放電模式選擇。 圖 1 系統(tǒng)總體框圖 工作原理：轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)整為充電模式，直流穩(wěn)壓電源輸出大于 30V 電壓，經(jīng)降壓模塊以小于 24V 電壓、 2A 恒定電流為電池組充電。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)整為放電模式時(shí)，電池組輸出電壓經(jīng) UC3843 升壓模塊達(dá)到 30V 為負(fù)載供電。 充電 系統(tǒng)原理 充電系統(tǒng)那個(gè)框圖如圖 2 所示。 圖 2 充電 系統(tǒng)框圖 采用 XL4016 做 Buck 調(diào)整， FB 腳接電流負(fù)反饋。由 電阻將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，并放?20 倍，這時(shí)就將電流的誤差也放大，使誤差判斷器更準(zhǔn)確的判斷誤差。單片機(jī)采集放大后的電流信號并給出基準(zhǔn)電壓，誤差放大器判斷將結(jié)果送入 FB 端，Buck 調(diào)整器 PWM 控制器 MCU 控制 誤差比較 放大器 Vin Vout 采樣電阻 DCDC 降 壓充電模塊 DCDC 升壓放電模塊 MCU 控制 電池組 直流穩(wěn)壓電源 轉(zhuǎn)換開關(guān) 轉(zhuǎn)換開關(guān) 顯示 5 控制輸出電壓的變化，從而達(dá)到控制電流。 放電 系統(tǒng)原理 放電模式時(shí)，電池作為電源通過變換器提供高壓側(cè)負(fù)載能量 ， 輸出恒定 30V 電壓到負(fù)載。因?yàn)橐蠛銐狠敵?，所以引入電壓?fù)反饋。反饋回的電壓信號接到 UC3843 電壓反饋端，與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓比較，控制 PWM 波脈寬， 因此達(dá)到控制輸出電壓的目的。 圖 3 放電 系統(tǒng)框圖 PWM 控制 開關(guān)管導(dǎo)通 ，電感以 v/L 速度充電，把能量儲存在 L 中。 當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)， L 產(chǎn)生反向感應(yīng)電壓，通過二極管 D 把儲存的電能以（ UVo ）／ L 的速度釋放到輸出電容器 Cs 中 。輸出電壓由傳遞的能量控制，傳遞的能量通過電感電流的峰值控制。開關(guān)信號的頻率為 60KHz，可以達(dá)到穩(wěn)定輸出 30V 電壓。 單片機(jī)采集負(fù)載電壓，判斷如果電壓小于 30V 則轉(zhuǎn)換充電模式，否則為返 點(diǎn)模式，因此到到自動切換目的。 程序的設(shè)計(jì) 程序功能描述與設(shè)計(jì)思路 程序功能描述 根據(jù)題目要求軟件部分主要實(shí)現(xiàn) AD 采集、 鍵盤 設(shè)置和顯示。 1） AD 采集： 恒流充電電流采樣，過壓保護(hù)電壓采樣，自動切換電壓采樣。 1）鍵盤實(shí)現(xiàn)功能： 步進(jìn)調(diào)節(jié)充電電流。 2）顯示部分：顯示 充電電流 、 輸出電壓 。 程序設(shè)計(jì)思路 單片機(jī) 上電 后， 實(shí)時(shí)采集充電電流，在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算，通過液晶屏顯示。充電時(shí)單片機(jī)采集到電池充電電壓，判斷如果電壓大于 24V， 則單片機(jī)控制開關(guān)斷開，停止充電。放電時(shí)，單片機(jī)采集負(fù) 載兩端電壓，判斷電壓是否大于 30V，如果大于則系統(tǒng)切換為充電模式，否則為放電模式。 程序流程圖 主程序流程圖 如圖所示，自動切換子流程圖如圖所示。 開關(guān)管 PWM 驅(qū)動 采樣電阻 V1 Vo 電池組 負(fù)載 6 圖 4 主程序流程圖 圖 5 自動切換程序流程圖 4 測試方案與測試結(jié)果 測試方案 硬件測試 ： 電流變化率測試： 設(shè)定充電 電流為 2A， 當(dāng) U2=36V 時(shí)，測量充電電流值 I11； U2=30V時(shí)，充電電流值 I1； U2=24V 時(shí)，充電電流 I12，則電流變化的調(diào)整率 SI1=|001III |*100%。 （ 2）電路效率測量： DCDC 變換器效率 100%PP211 ???， 100%PP2 12 ???。 （ 3） 過流保護(hù)測試： 在電池組上串入滑線變阻器，時(shí)充電電壓增加。判斷是否能在 24V 時(shí)停止充電。 軟件仿真測試 利用 proteus 畫出電路仿真圖，進(jìn)行電路的各項(xiàng)性能測試。 硬件軟件聯(lián)調(diào) 軟件仿真結(jié)果與實(shí)測值進(jìn)行比較，分析 差異原因，找出改進(jìn)方案。 開始 系統(tǒng)初始化 3路 AD采集 數(shù)據(jù)運(yùn)算 調(diào)制充電 PWM 模式切換 顯示 N N Y Y 切換到充電 電壓采樣 放電電壓 30V 開始 結(jié)束 充電壓 24V 切換到放電 7 測試條件與儀器 測試條件：多次檢查 仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。 測試儀器： 直流穩(wěn)壓電
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