【導(dǎo)讀】本文對(duì)復(fù)合電源的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。復(fù)合電源室友超級(jí)電容和鉛酸電池并聯(lián)構(gòu)成，將蓄電池的高比能量和超級(jí)電容的高比功率的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合到了一起。超級(jí)電容可在電機(jī)負(fù)。池的使用壽命；在電機(jī)制動(dòng)的過程中反饋的大電流可由超級(jí)電容吸收，實(shí)現(xiàn)能量的回收，同時(shí)又保護(hù)了鉛酸電池不受大電流的沖擊而損壞。進(jìn)行了初步的探索。在了解復(fù)合電源的特性的基礎(chǔ)上，了解了復(fù)合電源控制系統(tǒng)中需完成的工作任務(wù)。法的模擬測(cè)試以及對(duì)系統(tǒng)部分工作模式進(jìn)行了實(shí)際的測(cè)試分析。

　　

【正文】 de = 6。 繼電器操作步驟為： ①閉合 SW6 ②斷開 SW5 ③斷開 SW1 ④ SW3 接觸點(diǎn) 2。 SW6，SW5 是由 buck 控制器控制的， Mode5_Mode6()即 Mode5 到 Mode6 轉(zhuǎn)換的過程中 buck變換器按操作步驟的順序?qū)^電器的的控制操作，之后的 SW1 及 SW3 的是由 boost 控制器控制的，程序中函數(shù) Send_Mode_to_boost(6)即向 boost 控制器發(fā)送下一步要轉(zhuǎn)換的模式， boost 變換器接收到后進(jìn)行轉(zhuǎn)換到 Mode6 的相關(guān)操作，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入了 Mode6,然后向 buck 變換器發(fā)送模式數(shù)據(jù)告知模式轉(zhuǎn)換的操作已完成， buck 變換器接收到后，將指示模式的標(biāo)志數(shù)據(jù)置為 6，這樣便可控制系統(tǒng)有序的運(yùn)行和狀 態(tài)轉(zhuǎn)換。 boost 變換器單片機(jī)控制系統(tǒng) Boost 變換器主程序： void main(void) { unsigned char mode。 MCU_Init()。 while(1) { 20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 if(boost_state == constant_voltage) Set_boost_constant_voltage()。 else Set_boost_constant_current()。 mode = Get_Mode_from_buck()。 switch (mode) { case 2: sw_to_mode2()。 Send_Mode_to_buck(2)。 if(Judge_boost_charge_battery() == 1) { sw_to_mode3()。 Send_Mode_to_buck(3)。 } break。 case 3: sw_to_mode3()。 if(Judge_boost_charge_cap() == 1) { mode3_mode7()。 Send_Mode_to_buck(7)。 } break。 case 4: boost_state = constant_voltage。 sw_to_mode4()。 Send_Mode_to_buck(4)。 break。 case 6: boost_state = constant_current。 sw_to_mode6()。 Send_Mode_to_buck(4)。 break。 case 7: sw_to_mode7()。 Send_Mode_to_buck(7)。 break。 default: break。 } } 開始時(shí)，單片機(jī)先完成系統(tǒng)時(shí)鐘， IO， ADC， PWM 功能模塊的初始化。由于 boost變換器有充電和為負(fù)載供電兩種工作模式， boost 變換有恒流和恒壓兩種工作狀態(tài)。首20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 先這里根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)志位確定 boost 變換器的工作狀態(tài)，然后接收來(lái)自 buck 變換器的數(shù)據(jù)，與 buck 控制器協(xié)調(diào)進(jìn)行相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換。 Mode2， Mode3 時(shí)需要 boost 控制器檢測(cè)部分轉(zhuǎn)換條件，條件滿足時(shí)，同樣按照操作步驟完成相應(yīng)的繼電器狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時(shí)發(fā)送模式數(shù)據(jù)到 buck 變換器，此時(shí)該數(shù)據(jù)指示 buck 變換器執(zhí)行相關(guān)的模式轉(zhuǎn)換操作。主函數(shù)中調(diào)用的子函數(shù)具體功能及操作見子程序分析。 各部分子程序分析 buck 變換單片機(jī)控制系統(tǒng) ①模式轉(zhuǎn)換函數(shù) 主程序中有很多模式轉(zhuǎn)換函數(shù)，該部分是系統(tǒng)工作模式相應(yīng)轉(zhuǎn)化時(shí)， buck 變換器單片機(jī)控制系統(tǒng)控制的繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。不同的狀態(tài)轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)不同的繼電器狀態(tài)轉(zhuǎn)換。例如： Mode4_Mode6()表示進(jìn)行狀態(tài) 4 到狀態(tài) 6 轉(zhuǎn)換時(shí)， buck 變換器單片機(jī)控制系統(tǒng)控制的繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換操作控制。有些狀態(tài)可有 buck 變換器單片機(jī)控制系統(tǒng)單獨(dú)完成轉(zhuǎn)換，有些狀態(tài)需與 boost 變換器單片機(jī)控制系統(tǒng)配合完成 。 ②發(fā)送轉(zhuǎn)換模式到 boost 控制器 模式的轉(zhuǎn)換需兩個(gè)控制器相互配合時(shí)， buck 控制器將要轉(zhuǎn)換的狀態(tài)發(fā)送到 boost 控制器， boost 控制器接收到進(jìn)行相應(yīng)的繼電器狀態(tài)切換，與 buck 變換配合完成模式的轉(zhuǎn)換。由于需要兩個(gè)控制器配合的狀態(tài)轉(zhuǎn)換有 6 種，兩個(gè)控制器之間通過 3 個(gè) IO 口連接進(jìn)行通信，可傳送 8 種狀態(tài)。例如： Send_Mode_to_boost(2)即發(fā)送數(shù)據(jù) 2 到 boost 控制器， boost 控制器接受到后，進(jìn)行到 Mode2 的轉(zhuǎn)換。 ③接收來(lái)自 boost 控制器的模式數(shù)據(jù) 模式轉(zhuǎn)換過程中需要繼電器按照指定的順序進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，否則可能使系統(tǒng)進(jìn)入未可知的狀態(tài)，損壞電路。模式轉(zhuǎn)換需要 boost 控制器控制繼電器先操作時(shí)，完成操作后，發(fā)送模式數(shù)據(jù)，告知 buck 控制器，然后 buck 控制器進(jìn)行繼電器狀態(tài)轉(zhuǎn)換就可保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 Buck 控制器先操作時(shí)，向 boost 發(fā)送轉(zhuǎn)換模式， boost 控制器接收到之后，進(jìn)行相應(yīng)操作，完成后發(fā)送模式數(shù)據(jù)，告知 buck 控制器模式轉(zhuǎn)換完成。 Buck 控制器將模式標(biāo)志置為相應(yīng)模式，可以準(zhǔn)確反映當(dāng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)，方便之后的模式轉(zhuǎn)換。例如：if(Get_Mode_from_boost() == 2)該語(yǔ)句獲取 boost 發(fā)送的狀態(tài)并進(jìn)行判斷，部分模式轉(zhuǎn)換的條件是由 boost控制器檢測(cè)的。此時(shí) buck 控制器根據(jù)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換。 ④判斷光伏電池通過 buck 變換器對(duì)電容充電是否完成 20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 該部分利用到了單片機(jī)內(nèi)部的 ADC 模塊，采集電容兩端電壓，判斷充電是否完成。完成則返回 1，送到相應(yīng)標(biāo)志位，作為模式轉(zhuǎn)換的條件之一。 ⑤檢測(cè)模式 轉(zhuǎn)換標(biāo)志 該函數(shù)根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前模式進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)，獲取模式轉(zhuǎn)換標(biāo)志參數(shù)作為模式轉(zhuǎn)換的條件。該部分代碼如下： void Check_Mode_Conversion_Flag(void) { swith (mode) { case 1: buck_charge_cap_full = Judge_buck_charge_cap_full()。 break。 case 2: if(Get_Mode_from_boost() == 3) boost_charge_battery_full = 1。 break。 case 3: if(Get_Mode_from_boost() == 7) boost_charge_cap_full = 1。 default: break。 } } boost 變換器單片機(jī)控制系統(tǒng) ①獲取 buck 控制器模式數(shù)據(jù) 函數(shù)名： unsigned char Get_Mode_from_boost(void) 當(dāng)發(fā)生需要 boost 控制器配合的狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，用來(lái)接收要轉(zhuǎn)換的模式，從而進(jìn)行相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換操作。 ②檢測(cè)光伏電池通過 boost 變換器給鉛酸電池充電是否完成 函數(shù)名： unsigned char Judge_boost_charge_battery(void) 該部分利用單片機(jī)內(nèi)部的 ADC 轉(zhuǎn)換模塊，充電電壓限制在 32v，代碼如下： unsigned char Judge_boost_charge_battery(void) { Get_boost_Voltage()。 if(Vout = 32) return 1。 else 20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 return 0。 } 返回值賦給模式轉(zhuǎn)換標(biāo)志變量，作為模式轉(zhuǎn) 換條件。單片機(jī)內(nèi)部集成 ADC 模塊，采樣十分方便，簡(jiǎn)單。調(diào)用采樣函數(shù)為簡(jiǎn)單的采樣過程，不做敘述。 ③ 檢測(cè)光伏電池通過 boost 變換器給超級(jí)電容充電是否完成 函數(shù)名： unsigned char Judge_buck_charge_cap_full(void) 該函數(shù)功能與②相識(shí)，均利用 AD 采樣檢測(cè)系統(tǒng)是否完成當(dāng)前模式，下一步需進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換。 ④模式轉(zhuǎn)換繼電器控制函數(shù) 該部分相關(guān)函數(shù)較多，但工作原理是一致的僅舉其中一例函數(shù)名 函數(shù)名： sw_to_mode7() 由于 boost 變換器只能獲取下一步要轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，不清 楚之前的狀態(tài)，需分析不同狀態(tài)轉(zhuǎn)換到指定狀態(tài)有什么不同之處。分析比較之后發(fā)現(xiàn)，只有轉(zhuǎn)換到 Mode7 的時(shí)候由 boost 控制器控制的繼電器狀態(tài)轉(zhuǎn)換有差異，其他狀態(tài)轉(zhuǎn)換繼電器狀態(tài)轉(zhuǎn)換都是一致。Mode3 轉(zhuǎn)換到 Mode7: SW1 斷開， SW4 接觸點(diǎn) 4； Mode2 切換到 Mode7:SW1 斷開，SW3 接觸點(diǎn) 2。而查繼電器狀態(tài)表可知 Mode3 時(shí)， SW3 接觸點(diǎn) 2， Mode2 時(shí)， SW4 接觸點(diǎn) 4。那么只要將這一轉(zhuǎn)換操作換成： SW1 斷開， SW4 接觸點(diǎn) 4， SW3 接觸點(diǎn) 2。兩種狀態(tài)到 Mode7 的切換都可完成，而且與之前的操作相 比，繼電器的狀態(tài)切換過程沒有任何區(qū)別。 ⑤ boost 變換器恒壓工作 函數(shù)名： Set_boost_constant_voltage() 此狀態(tài)比較容易實(shí)現(xiàn)，只要取消單片機(jī)對(duì) TL494 死區(qū)的控制，利用 TL494 控制電路電壓環(huán)即可將輸出電壓穩(wěn)定在 32V 輸出。 ⑥ boost 變換器恒流工作 函數(shù)名： Set_boost_constant_current() 此狀態(tài)通過單片機(jī)對(duì) TL494 死區(qū)的控制實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)采樣輸出電流，根據(jù)采樣電流與設(shè)定值電流值進(jìn)行比較調(diào)整控制量，調(diào)節(jié) MOSFET 驅(qū)動(dòng) PWM 信號(hào)的占空比。函數(shù)代碼如 下： void Set_boost_constant_current(void) { float Iout。 Iout = Get_Iout()。 duty += k*(constant_current_value Iout)。 20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 if(duty limit_min_duty) { duty = limit_min_duty。 } else if(duty limit_max_duty) duty = limit_max_duty。 PWM(duty)。 } 其中 PWM(duty)為單片機(jī)輸出給定占空的 PWM，由于單片機(jī)有 PWM 模塊功能，該功能代碼實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，這里對(duì)具體代碼不做敘述。 本章小結(jié) 本章主要是對(duì)系統(tǒng)控制流程的分析，核心控制的代碼和一些關(guān)鍵子程序的分析，分別論述了 buck 控制器， boost 控制器的控制方式，同時(shí)對(duì)兩個(gè)控制器之間的協(xié)同工作做了分析。 20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 第 5 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 各工作模式下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 該節(jié)主要記錄系統(tǒng)處于充電模式時(shí)，給超級(jí)電容充電過程數(shù)據(jù)，即經(jīng)降壓板給超級(jí)電容充電和經(jīng)升壓板給超級(jí)電容充電過程。 表 電源經(jīng) buck 變換器給 超級(jí)電容充電過程電壓電流的數(shù)據(jù) ,電源輸入電壓 Vin =15V。 表 超級(jí)電容充電過程電壓電流數(shù)據(jù)表 電容電壓 Vcap/V 充電電流 Icap/A 0 表 數(shù)據(jù)為系統(tǒng)由停止模式切換到經(jīng) buck 變 換器給超級(jí)電容充電模式時(shí)，隨時(shí)間的變化，電容上電壓的變化和充電電流的變化。由表 可以看出剛開上電時(shí)，有 左右的沖擊電流。之后電流開始快速下降，最低大概下降到 ，之后電流快速上升達(dá)20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 到 ,此后充電電流一直十分穩(wěn)定。當(dāng)電容電壓達(dá)到 左右的時(shí)候充電電流開始下降，幾秒鐘之后電流下降到 ，充電電壓增加速度變慢，電流下降速度減慢，降壓板對(duì)超級(jí)電容的充電幾乎結(jié)束，當(dāng)電容電壓上升到 時(shí)，充電電流幾乎減到 0，此時(shí)PWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)達(dá)最大占空比 96%，如圖 。 圖 buck 變 換器對(duì)超級(jí)電容充電電流減到 0 時(shí) PWM 信號(hào)波形 表 降壓板對(duì)超級(jí)電容充電完成時(shí)，電源經(jīng) boost 變換器給超級(jí)電容充電過程中電壓電流的數(shù)據(jù) ,電源輸入電壓 Vin = 15V 表 超級(jí)電容充電過程電壓電流數(shù)據(jù)表 2 電容電壓 Vcap/V 充電電流 Icap/A 續(xù)表 20xx 屆湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 電容電壓 Vcap/V 充電電流 Icap/A 當(dāng)模式轉(zhuǎn)換到光伏電池經(jīng)升壓板給超級(jí)電容充電時(shí)，剛開始有一定的沖擊電流，之后很快電流穩(wěn)定在 ，此后