一種雙向DC-DC變換電路的設計與檢測

聶雨昕

摘 要 本文所述一種雙向DC-DC變換器的設計方法，通過對電路的設計，實現對電路系統實施監控和調整，達到對電路性能的提升，以保證電路輸出測試結果表明，該系統電流控制精度不低于5%，充電電流I1 的變化率不大于1%，變換器的效率大于等于90%，內測量精度不低于2%，具有過充保護功能，并且能夠使電路在出現過流時能系統斷電，實現保護，保證整個電路系統安全、高效運行。

關鍵詞 測控電路；自行校正；雙向DC-DC變換器

中圖分類號 TN7 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）172-0241-01

DC/DC 變換器已經被廣泛地應用于計算機和不間斷電源（UPS）等多個領域，雙向DC/DC變換器憑借其可調，精度準確，處理的電壓電流等級不斷提高的優勢在電動工具、通信、電源以及儲能系統等領域的應用前景廣闊，在新能源中也得到了一定的應用。為使該DC變換器恒流源輸出電流穩定連續可調，需調解占空比，可采用PWM控制原理調節。硬件控制部分自身形成一個閉環控制回路，對電壓進行調節使其恒定在精度范圍?？刂破鞑蓸虞敵鲭妷?，當輸出電壓超過預定的24V電壓時，主開關管關斷，輸出電壓穩到20V，實現過壓保護。測試結果表明，其效率達到0.90以上，可以實現電池充電、放電功能，控制精度高，具有良好的穩定性。

1 系統方案

本系統主要由AD采集模塊、顯示模塊、驅動模塊、雙向DC-DC模塊、控制模塊組成。

1.1 AD采集模塊

MC9S12XS128最小系統自帶AD模塊，AD模塊的作用是將模擬的電壓信號轉換為CPU可以處理的數字信號。

AD模塊采用數字化方式傳送，消除誤差，適合長距離模擬量采集，在選擇時需考慮轉換速度，精度，信噪比。從傳感器接收到的較微弱的輸入信號都可以由AD模塊直接轉換成串行數字信號輸出，應用于分布式數據采集系統等。

1.2 顯示模塊

選擇質量較輕且顯示速度快的LCD1602作為顯示模塊。

1.3 驅動模塊

2104芯片控制，通過一個芯片從而達到放大電流的效果，芯片控制可以通過單片機的PWM波控制，電路簡單可靠，操作簡便。

1.4 雙向DC-DC模塊

雙向DC/DC變換器的原理：當根據需要改變不同的電流方向時，且需要保持直流變換器兩端的直流電壓極性不變，基本原理是在單向DC的基礎上進行研發和改進形成的，其拓撲結構多也是在已有的單項DC-DC拓撲結構的基礎上通過開關元件，二極管并聯反向開關元件和反向二極管從而實現能量的雙向移動。DC-DC變換電路具有多種形式，而隨著發展，工業上對變換器的電壓等級和容量等級等的要求都日益提高，需要更強的精確性與穩定性。

1.5 控制模塊

用帶PFC的Boost型DC—DC升壓器。利用輸入，輸出電壓的采 樣信號和一個二次積分電路來調制功率開關管的開啟時間，使 Boost 變換器在不連續導電模式下恒頻工作并實現電壓跟隨，可得到在恒頻狀態下的PFC。

2 系統理論分析

2.1 控制電路分析

控制電路通過PWM脈寬調制來實現，脈沖寬度調制是一種動態響應較好且靈活的模擬控制方法，本質就是根據相應地需要與變化，周期性改變正向電流的導通時間，即使在工作條件變化是，電源的輸出電壓仍保持恒定。在每半個周期內輸出若干個寬窄不同的矩形脈沖波，用于該面積相等的舉行來代替，于是正弦波所包圍的面積可以用矩形脈沖面積之和來等效。

實際中采用鍵盤對輸出PWM的占空比進行控制，按下K2時PWM輸出占空比增加，按下K1時PWM輸出占空比減小。

2.2 系統框圖

3 檢測方案與檢測結果

3.1 條件與儀器

測試條件：通過硬件連接檢測硬件，軟件仿真檢測，硬件與軟件的聯調確保是否達到標準。

測試儀器：高精度的數字毫伏表，模擬示波器，數字示波器，數字萬用表，指針式萬用表。

3.2 結果及分析

3.2.1 測試結果（數據）

3.2.2 測試分析與實際計算

接通S1、S3，斷開S2，將裝置的模式調節為充電。

1）在U2=30V條件下，對裝置以恒流的方式充電，電流I1步進可調，在1A～2A范圍內，步進值不大于0.1A，電流控制精度不低于5%。

2）設定I1=2A，調整直流穩壓電源輸出電壓，使U2在24V～36V范圍內變化時，要求充電電流I1的變化率不大于1%。

4）測量充電電流I1，并在LED上將其顯示出來。在I1=1A～2A范圍內測量精度不低于2%。

5）設定I1=2A，當U1超過閾值U1th=24±0.5V時，停止充電。所以此裝置具有過充保護功能。

4 結論

1）該電源輸出的直流電壓能夠保持較高的穩定性。

2）該電源具有良好的電壓調整率和負載調整率。

3）電路效率達到0.90以上。

4）電路具有過壓保護功能。

參考文獻

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