双向dc-dc变换电源论文

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1、苏州大学本科生毕业设计（论文）双向DC-DC变换电源研究苏州大学 应用技术学院 电子信息科学与技术（学号1216405027）沈晖目录前 言4第1章 理论分析及总体方案5第1.1节 总体框架5第1.2节 方案比较6第1.3节 整体方案综述9第2章 系统硬件电路设计10第2.1节 双向DC-DC变换电源电路设计10第2.2节 Boost升压电路设计12第2.3节 同步整流Buck电路设计13第2.4节 电流检测电路设计14第3章 系统软件设计16第3.1节 DAC程序设计16第3.2节 电流检测程序设计17第3.3节 显示程序设计18第4章 系统测试与分析21第4.1节 系统测试21第4.2节

2、系统调试总结22总结与展望23参考文献24致谢25附录26附录1 双向DC-DC变换电源系统程序清单26附录2 双向DC-DC变换电源系统电路图29附录3 双向DC-DC电源变换系统实物图30摘要研究并设计了一款双向DC-DC变换电源，主要针对DC-DC变换电源效率以及对电源的智能控制问题，通过Buck拓扑结构为降压模块对锂电池放电，Boost拓扑结构为升压模块对锂电池充电，两种模块组建成系统核心。控制模块是通过MOS管进行电路切换以及通过STM32单片机的DAC产生模拟量控制输出电流组成。系统的电流输出范围为0.6A到2.4A，输出电压的范围在3.37.5V内变换。系统通过调节反馈的基准电压

3、对电压进行升降可控，并且通过按键电路能够对输出电流步进可调，可调值在50mA左右,通过这两种方式从而实现DC-DC电源可调功能。同时系统使用OLED实时显示单片机的反馈电压与输出电流。系统可以在MOS管控制端输入高电平时，升压压电路在给锂电池充电的同时，还能直接通过降压压电路进行降压。通过系统最终结果可以给便携式电子设备进行充电。关键词：DC-DC变换电源；STM32F103RCT6；Buck/Boost拓补结构；OLEDAbstractStudy and design of a bi-directional DC-DC power conversion, mainly for DC-DC p

4、ower conversion efficiency and the intelligent power control problems, the buck module lithium battery is discharged by Buck topology, Boost topology Boost module lithium battery charging, both modules to form a core of the system. The control module is switched by MOS tube circuitry and analog cont

5、rol output current composition produced by STM32 microcontroller DAC. Current output range of the system is 0.6A to 2.4A, the output voltage conversion range within 3.3 7.5V. System by adjusting the voltage feedback reference voltage is raised and lowered controllable and capable of stepping on the

6、output current is adjustable through the key circuit, the adjustable value of about 50mA, by these two methods in order to achieve DC-DC power adjustable features. At the same time the system uses OLED display real-time microcontroller feedback voltage and output current. The system can control the

7、tube end when MOS input high, the boost pressure circuit to the rechargeable lithium battery, while also directly through the step-down voltage step-down circuit. To the portable electronic device can be charged by the final result of the system.Keywords: DC-DC power conversion; STM32F103RCT6; Buck

8、/ Boost topology structure; OLED前 言21世纪的如今，电子科技在迅速的发展，同时也带动了整个电子行业的发展。电子产品在不断的更新替换，但是它在使用中却离不开最基础也是最重要的能量。因为市场的需求变促进了便携式充电产品的产量增长，也使得电池充放电技术得到了提升。开关电源根据其工作方式分为直流式和交流式。在本次设计中，我所使用的是直流开关电源，所以本次就对直流开关电源进行详细介绍。直流开关电源的功能是将电能质量较差的市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电源。其核心是DC-DC转换器。直流DC-DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为隔离式

9、DC-DC转换器和非隔离式DC-DC转换器。非隔离式DC-DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。单管DC-DC转换器共有六种，在这六种单管DC-DC转换器中，Buck和Boost式DC-DC转换器是基本的同时双管DC-DC转换器有双管串接的升压式DC-DC转换器以及四管DC-DC转换器常用的是全桥DC-DC转换器。 DC-DC电源模块在各类数字仪表和智能仪器以及各电子电力领域中被广泛的使用。随着封装技术的不断提高和大批量使用的高频软开关，开关电源的功率的密度也在不断地提高，转换效率可以说接近百分之分百，在应用方面操作也在不停的简化。本文介绍了一种以STM32单片机为处

10、理器，Buck/Boost变换器为核心，使用PWM进行自动升降压模块，进行充放电功能。此次论文对系统的硬件电路以及软件程序设计进行介绍。论文中的硬件部分它是由系统的各个组成模块的原理部分及应用部分进行组 合介绍。包括了介绍了硬件电路中的模块电路以及简单的介绍其关键的元器件的参数等，同时在这基础上还对数据进行计算以及数据的分析；软件部分是由阐述系统部分和关键子程序的软件设计以及实现思路的整体介绍。第1章 理论分析及总体方案第1.1节 总体框架图1-1所示是双向DC-DC变换电源的系统结构框图。硬件系统由STM32控制电路、DC-DC变换电路、电流采样电路、显示电路电路、电源电路组成。本方案拟用S

11、TM32微处理器作为总控制器，实现对整个系统的检测与控制。首先通过Boost升压电路将外部电源电压转化为18650电芯充电电压，给18650电芯充电，完成能量的存储。充电结束后，18650电芯作为电源处于自然放电状态，经过BUCK降压电路给外围负载供电，同时STM32单片机可以使用PWM波进行实时的控制。而且，电流电压检测模块也在不停将检测到的数据传给STM32处理器，并且，STM32微处理器还可以将这些数据，例如：PWM波的频率，占空比，输出电流和电压的数值等，显示到OLED显示器上。 图1-1 双向DC-DC变换电源系统结构框图第1.2节 方案比较通过上面的总体方案，需要选择相应的器件与模

12、块，现通过以下的方案比较来选择模块与器件。1.2.1双向DC-DC变换电源电路方案比较方案一：恒流源充电，恒压源放电使用LM2596分别做两个电路，一个是使用MAX417和LM2596做恒流源，实现外部电源给电池恒流充电，另一路使用LM2596作恒压源，实现电池给负载供电。本方案使用的主要是模拟电子技术的内容，通过将LM2596的输出使用MAX417来进行电流采样，把4脚改成对地接个电阻，然后原2脚接线方法不变作为输出正极，4脚作为输出负极就行了，改变电阻阻值就能改变恒流电流大小，保证输出电流不变。输出端使用LM2596做恒压输出，输出端端接反馈电阻网络。将输出电压通过反馈电阻网络分压后的值与

13、基准值1.23V进行比较，若电压有偏差，通过放大电路计算后控制内部的PWM输出电路改变占空比，调节输出电压使其保持稳定。该方案实现简单，但是对焊接以及元器件精度要求很高，同时难以实现数控。方案二：基于Buck/Boost拓扑结构实现开关电源本方案是通过，用BOOST来升压实现给电池充电，用BUCK电路作为降压恒流源电池实现给负载供电。使用PWM发生器产生一路可调占空比的PWM波，然后直接去驱动桥式整流，实现整流功能，即可以实现降压电路和升压电路的直流斩波降压功能和直流斩波升压功能。升压电路和降压电路可以实现自动转换进行交替工作，同也可以使用MCU制作只能控制器控制升降压电路。同时，加入了MCU

14、后，能够达到很好的控制效果。实现这两个电路都是通过场效应管和续流二极管共同工作达成的，但是这样的电路往往普遍存在效率低的缺点。方案三：基于同步整流的BUCK和BOOST拓扑结构实现变换电路。本方案与方案二类似但使用了同步整流电路。同步整流是现在做电源的很好的一个整流电路，它可以很好的提高效率。这里的降压芯片采用KIS-3R33S非隔离式降压，采用同步整流。输入电压7V至24V输出电压5.01V,电流连续2.5A输出峰值4A输出！能够提供3A的持续负载电流。具备超高效率，超低损耗的特点，相对于lm2596电源模块有很大的优势。升压电路仍旧使用非同步整流式的boost升压电路。在电池放电过程中，电

15、池作为电源，能量有限，因此需要严格要求效率等问题。在给锂电池充电的过程中，电源来自市电，注重点从效率稍微往充电的速度倾斜。在此使用较大功率的XL6009芯片实现升压电路。同时，该方案能够有效的和MCU结合，实现智能控制和实时的电流电压采样十分方便。综上所述，本设计使用方案三。1.2.2电流采样方案比较方案一：使用运放和电阻这种方案有两种拓补结构一种是较简单的方式，通过测量精密电阻两端的电位差，测得精密电阻两端的电压，用公式I=U/R计算得出流过精密电阻的电流。还有一种较高级的是采用高要求的运放和电阻，将运放的两个输入端接到精密电阻两端，测得精密电阻两端的电位差，通过I=U/R计算得出流过精密电阻的电流。该方案优势在于成本低，精度较高，体积小巧。但是总的缺点在于精密电阻选择较难，同时温飘较大，而且对电路没有隔离效果。同时上述两种拓补结构也都有一定的风险性，简单方式中电路易对地线产生干扰，高级方式中电阻和运放的选择要求太高。方案二：电流互感器电流互感器Current Transformer工作原理和变压器类似，通过互感器将一侧电流的转化到副线圈上并将其转化为一个容易测试的范围。根据变压器理论，主侧、副侧电压比等于匝数比，通过的电流比为匝数比的倒数。而CT和变压器的原理类似，可以理解为一种特殊的变压器。 在其结构上，CT的主侧匝数相对于