双向DC-DC变换器

于成金 贾婷 江旭 陈琪彤

沈阳工学院信息与控制学院

双向DC-DC变换器

于成金 贾婷 江旭 陈琪彤

沈阳工学院信息与控制学院

本系统以Buck和Boost并联，实现双向DC-DC交换，以STM32为核心控制芯片。Buck降压模块使用XL4016开关降压型转换芯片，通过单片机闭环实现恒流输出控制。放电回路选择Boost升压模块，以UC3843作为PWM控制器，组成电压负反馈系统，通过调整PWM的占空比，实现稳压输出。系统能自动检测外部电源电压变化，在负载端电源较高时自动切换成充电模式，反之切换为放电状态。系统具有过流、过压保护功能，并可对输出电压、电流进行测量和显示。

DC-DC交换 Buck Boost PWM控制

1 硬件设计

系统总体框图如图1所示，主要包括DC-DC降压充电模块、DC-DC升压放电模块、MCU控制模块、显示单元、转换开关、稳压电源、电池组七部分组成。本系统可实现手动和自动充放电模式选择。

图1 系统总体框图

工作原理：转换开关调整为充电模式，直流稳压电源输出大于30V电压，经降压模块以小于24V电压、2A恒定电流为电池组充电。当转换开关调整为放电模式时，电池组输出电压经UC3843升压模块达到30V为负载供电。

1.1 充电系统原理

充电系统框图如图2所示。

图2 充电系统框图

采用XL4016做Buck调整，FB脚接电流负反馈。由0.05电阻将电流信号转变为电压信号，并放大20倍，这时就将电流的误差也放大，使误差判断器更准确的判断误差。单片机采集放大后的电流信号并给出基准电压，误差放大器判断将结果送入FB端，控制输出电压的变化，从而达到控制电流。

1.2 放电系统原理

放电模式时，电池作为电源通过变换器提供高压侧负载能量，输出恒定30V电压到负载。因为要求恒压输出，所以引入电压负反馈。反馈回的电压信号接到UC3843电压反馈端，与内部基准电压比较，控制PWM波脉宽，因此达到控制输出电压的目的。

PWM控制开关管导通，电感以v/L速度充电，把能量储存在L中。当开关管截止时，L产生反向感应电压，通过二极管D把储存的电能以（U-Vo）／L的速度释放到输出电容器Cs中。输出电压由传递的能量控制，传递的能量通过电感电流的峰值控制。开关信号的频率为60KHz，可以达到稳定输出30V电压。

单片机采集负载电压，判断如果电压小于30V则转换充电模式，否则为返点模式，因此到到自动切换目的。

2 软件部分设计

2.1 程序功能描述

软件部分主要实现AD采集、键盘设置和显示。

1）AD采集：恒流充电电流采样，过压保护电压采样，自动切换电压采样。

2）键盘实现功能：步进调节充电电流。

3）显示部分：显示充电电流、输出电压。

2.2 程序设计思路

单片机上电后，实时采集充电电流，在单片机内部进行运算，通过液晶屏显示。充电时单片机采集到电池充电电压，判断如果电压大于24V，则单片机控制开关断开，停止充电。放电时，单片机采集负载两端电压，判断电压是否大于30V，如果大于则系统切换为充电模式，否则为放电模式。

2.3 程序流程图

主程序流程图如图所示，自动切换子流程图如图3所示。

图3 主程序流程图

3 结论

①在充电模式下，电流步进值不大于0.1A，误差精度小于5%。

②具有良好的变化率和控制精度。

③具有过程保护功能和较高的变换器效率。

④放电模式时，30V稳压性能好。

[1]（美）马尼克塔拉著，王志强等译.精通开关电源设计.北京：人民邮电出版社

[2]长谷川彰.开关式稳压器的设计技术（第一版）.北京科学出版社,1989

贾婷(通讯作者)：女，沈阳工学院信息与控制学院电子信息教研室，职称：讲师。