双向DCDC变换器A题报告Word格式.docx
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该方案电路相对复杂,且有变压器整个系统质量偏重,效率较低,不符合题目要求。
图2双向半桥DC-DC变换电路
分析:
方案二效率更高,且电路简单易实现,故选用LT8705作为双向DC-DC电路的主要芯片。
1.2电流监测反馈模块的选择
采用INA196电流采样芯片,INA194是16位电流检测器。
共模电压围-16到+36v,工作温度围-45°
C到+125°
C,在整个工作温度围,误差小于3%;
带宽可达500kHz;
静态电流最大值900uA;
输出电压正比于检测电流,检测电流围大;
部运放输出接近电源电压:
与V+差0.1V,与GND差3mV,工作温度围-45°
C,该方案的优点是:
精度高,功耗低,电路简单易实现。
采用MAX471精密电流传感放大器MAX471。
MAX471置35mΩ精密传感电阻,可测量电流的上下限为±
3A。
所需的供电电压VBR/VCC为3~36V,所能跟踪的电流的变化频率可达到130kHz。
该方案的优点:
响应速度快,精度可观。
采用AD8221精密仪表放大器,AD8221是一款增益可编程、高性能仪表放大器,相比于同类芯片其相对于频率的共模抑制比(CMRR)最高,从而打打降低对滤波器的要求,该器件的额定工作温度为-40°
C至+85°
C,该方案的优点:
功耗低,速度快。
AD8221的精度相比于其他两个芯片更高,且性能最佳,故选用AD8221作为电流检测反馈模块的主要芯片。
1.3电流电压测量AD模块的论证与选择
分别采用电流电压型模数转换芯片ADC0832和ADC0809。
ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片,其最高分辨可达256级,可以适应一般的模拟量转换要求。
其部电源输入与参考电压的复用,使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。
芯片转换时间仅为32μS,据有双数据输出可作为数据校验,以减少数据误差,转换速度快且稳定性能强。
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,8路输入通道,8位A/D转换器,即分辨率为8位。
单个+5V电源供电。
该芯片,分辨率相对较低,不符合题目的分辨率要求。
采用ADS8688单电源8通道逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC),其工作时的吞吐量可达500kSPS。
支持自动和手动两种扫描模式的4通道或8通道多路复用器、以及低温度漂移的片上4.096V基准电压。
采用5V单模拟电源供电时,器件上的各输入通道均可支持±
10.24V、±
5.12V和±
2.56V的实际双极输入围以及0V到10.24V和0V到5.12V的单极输入围。
模拟前端在所有输入围的增益均经过精确微调,以确保高直流精度。
输入围的选择可通过软件进行编程,各通道输入围的选择相互独立,输出保护电压高达±
20V,低功耗65mW,具有极好的性能。
该方案的优点是,精度(分辨率)高,速度快,功耗低。
方案一用了两块芯片,电路比较复杂,且精度不高温度漂移大,使系统准确性不高,且相比于方案二功耗更高,所以本设计选用方案二。
1.4辅助电源的选择
采用凌力尔特公司的LTC3114。
LTC3114是可编程输出电流DC/DC转换器,输出电压可低于或高于输入电压。
输入电压围2.2v至40v,输出电压围2.7V至40V,输出电流可达1安。
效率高达96%。
该方案的优点是:
效率高,电路简单。
采用LM2596S-5V开关电压调节器,LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路,能够输出3A的驱动电流,同时具有很好的线性和负载调节特性。
可以稳定输出5V电压。
部集成频率补偿和固定频率发生器,开关频率为150KHz,与低频开关调节器相比较,可以使用更小规格的滤波元件。
由于该器件只需4个外接元件,可以使用通用的标准电感,这更优化了LM2596的使用,极简化了开关电源电路的设计。
在特定的输入电压和输出负载的条件下,输出电压的误差可以保证在±
4%的围,振荡频率误差在±
15%的围。
考虑到输出电压稳定性及系统质量的要求,本设计选用方案二的LM2596S-5V开关电压调节器
1.5单片机的选择
采用STM32F103系列单片机。
该单片机采用ARM
32位Cortex-M3
CPU核,最高72MHz工作频率,128K字节的闪存程序存储器高达20K字节的SRAM,2个12位的ADC、3个通用16位定时器和1个PWM定时器,还包含标准和先进的通信接口:
多达2个I2C接口和SPI接口、3个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。
具有速度快,功耗低,体积小重量轻的优点。
AT89C52是一个低电压,高性能CMOS
8位单片机,片含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片置通用8位中央处理器和Flash存储单元,AT89C52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线,AT89C52可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
由于本系统对单片机处理速度要求较高,故选用速度更快且功耗更低的STM32来作为整个系统的控制模块芯片。
二、理论分析与计算
2.1提高效率的方法
(1)采用LT8705作为双向DC-DC电路的核心,LT8705用4个反馈环路来调节输入电流/电压以及输出电流/电压。
使用的同步整流能能有效的提高效率,达到98%以上,相比于采用拓扑结构的方案效率更高。
(2)使用印制电路板,低线路进行合理的布局,使电路更稳定,防止电路过激或震荡,增强电路可靠性,降低功耗,提高效率。
三、核心部分电路及程序设计
图3程序结构框图
外接30伏电压时系统为充电模式,AD芯片采集电流电压信号反馈单片机,实现恒流输入,并实时显示,按键扫描检测按键是否按下,来控制充电电流大小,充电电压超过阀值时,自动断电。
接负载时自动切换为放电模式,AD芯片采集输出电压信号传输到单片机对比,进行闭环控制,保证输出电压为恒定30伏。
图4系统结构框图
四、测试方法与数据
(1)题目要求:
U2=30V条件下,实现对电池恒流充电。
充电电流I1在1~2A
围步进可调,步进值不大于0.1A,电流控制精度不低于5%。
测试结果如下:
表1充电电流步进控制检测数据
按键次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
理论电流值(A)
1.05
1.10
1.15
1.20
1.25
1.30
1.35
1.40
1.45
1.50
实际电流值(A)
1.04
1.11
1.13
1.21
1.24
1.29
1.33
1.38
1.44
1.49
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1.55
1.60
1.65
1.70
1.75
1.80
1.85
1.90
1.95
2.00
1.53
1.58
1.68
1.86
1.88
2.01
电流初始值1A,每按两次键,理论充电电流增加0.05A。
根据电流控制定义式:
实际电流控制值精度为2%,符合题目要求。
(2)题目要求:
设定I1=2A,调整直流稳压电源输出电压,使U2在24~36V
围变化时,要求充电电流I1的变化率不大于1%。
表2充电电流调整率测试数据
输入电压U2/V
24
26
28
30
32
34
充电电流I1/A
1.98
1.99
根据电流变化率计算公式:
实际电流变化率为0.5%,符合题目要求。
(3)题目要求:
测量并显示充电电流I1,在I1=1~2A围测量精度不
低于2%。
表3显示电流测试数据
实际电流I1
1.012
1.235
1.436
1.645
1.805
2.003
显示电流IX/A
1.005
1.220
1.402
1.600
1.823
2.023
根据测试结果,测量精度误差低于2%符合题目要求。
(4)题目要求:
接通S1、S2,断开S3,调整直流稳压电源输出电压,使Us在32~38V围变化时,双向DC-DC电路能够自动转换工作模式并保持U2=30±
0.5V。
表4电压调整率测试数据
直流稳压电源输出电压US/V
33
35
36
37
38
U2/V
30.2
30.6
30.7
29.5
29.7
30.1
根据测试结果,电压值基本能稳定在30±
0.5V,基本满足题目要求。
(5)充放电效率及质量测量。
充电效率为95%,放电效率为97%,很好的达到了题目的要求。
五、结果分析
经测试,系统充电电流I1在1~2A围步进可调;
设定I1=2A后,U2在
24~36V围变化时,充电电流I1的变化率小于1%;
六、参考文献
[1]周志敏,开关电源实用技术[M].:
人民邮电,2007
[2]康华光,电子技术基础模拟部分[M].第五版.:
高等教育,2006
[3]王兆安,进军,电力电子技术[M].第五版.机械工业,2009
[4]RaymondA.Mack,Jr.开关电源入门[M].:
[5]占松,蔡宣三,开关电源的原理与设计[M].修订版.:
电子工业,2007
附件
//AD8688IOSPI1PA4567
//OLED显示屏SCLKPA0SDAPA1
//SD关断开启模式SDboostPA2SDbuckPA3
//DA7612模拟法CSPB12SCLKPB13DINPB14
//按键key和板子上一样key1234
#include"
include.h"
TLV2543.h"
chara[8];
voidwork(void);
intmain(void)
{
delay_init();
//系统初始化
SDInit();
spi_init();
//AD初始化
ADInit();
KEY_Init();
//按键初始化
DAInit();
//DA初始化
OLEDIO_Init();
OLED_Init();
//初始化OLED
OLED_Clear();
//清屏
work();
}
voidBoostmode(void);
voidBuckmode(void);
voidAutomode(void);
staticu16U2;
staticu16U1;
staticu16Us;
staticu16Uc;
voidwork()
{
//清屏
while
(1)
{
OLED_ShowString(0,0,"
KEY1:
BUCKMode"
16);
OLED_ShowString(0,2,"
KEY2:
BoostMode"
OLED_ShowString(0,4,"
KEY3:
AUTOMode"
if(KEY_Scan()==3)
{
OLED_Clear();
Automode();
//进入自动模式
}
elseif(KEY_Scan()==1)//降压模式
OLED_Clear();
SDboost=0;
//关升压
SDbuck=1;
//开降压
Buckmode();
//进入降压模式
elseif(KEY_Scan()==2)
SDboost=1;
//开升压
SDbuck=0;
//关降压
Boostmode();
//进入升压模式
}
voidBuckmode()
floatCurrent;
inti=1000;
OLED_ShowCHinese(0,0,0);
//恒
OLED_ShowCHinese(18,0,1);
//流
OLED_ShowCHinese(36,0,2);
//模
OLED_ShowCHinese(54,0,3);
//式
DA_conver(2,1000);
//默认输入电压1V,控制电流1A
while
(1)
{
Current=Chan
(1)/100;
//检测输出电流I11毫欧放大十倍
OLED_ShowString(0,6,"
KEY4:
AddCurrent"
if(KEY_Scan()==4)//
{
i=i+50;
if(i==2000)
{
i=2000;
if(Chan
(2)>
=23.5)//检测充电电压U1
{
SDboost=0;
//关升压关降压
SDbuck=0;
OLED_Clear();
OLED_ShowString(0,0,"
Error:
Reboot"
delay_ms(10000);
work();
//出错返回开始
}
}
DA_conver(2,i);
//DA步进0.05V
}
sprintf(a,"
%.3fA"
Current);
OLED_ShowString(0,2,a,16);
}
voidBoostmode()
OLED_ShowCHinese(0,0,4);
//恒
OLED_ShowCHinese(18,0,5);
//压
OLED_ShowCHinese(36,0,6);
//模
OLED_ShowCHinese(54,0,3);
//式
OUT:
30.0V"
//DA输出2.5V,与U2反馈比较稳压30V
DA_conver(2,4096);
//DA7612输出A通道4.096V
voidAutomode()
{
staticfloatAuto=0;
staticintj=1000;
floatUS;
while
(1)
US=Chan(3);
if(US>
=35.0)
OLED_Clear();
OLED_ShowCHinese(0,0,0);
OLED_ShowCHinese(18,0,1);
OLED_ShowCHinese(36,0,2);
OLED_ShowCHinese(54,0,3);
DA_conver(2,j);
//默认输入电压1V,控制电流1A
while
(1)
{
Auto=Chan(4)/100;
OLED_ShowString(0,6,"
if(KEY_Scan()==4)//
{
j=j+50;
if(j==2000)
{
j=2000;
if(Chan
(1)>
{
SDboost=0;
SDbuck=0;
OLED_Clear();
OLED_ShowString(0,0,"
delay_ms(10000);
work();
}
}
DA_conver(2,j);
}
sprintf(a,"
Auto);
OLED_ShowString(0,2,a,16);
if(Chan(3)>
Automode();
}
else
OLED_ShowCHinese(0,0,4);
OLED_ShowCHinese(18,0,5);
OLED_ShowCHinese(36,0,6);
OLED_ShowCHinese(54,0,3);
OLED_ShowString(0,2,"
//DA输出2.5V,与U2反馈比较稳压30V
DA_conver(2,4096);
//DA7612输出A通道4.096V
if(Chan(3)<
}
图1系统原理图
- 配套讲稿:
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- 双向 DCDC 变换器 报告