pwm双向DC-DC变换器

pwm双向DC-DC变换器
pwm双向DC-DC变换器

666IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS,VOL.19,NO.3,MAY 2004

A PWM Plus Phase-Shift Control Bidirectional DC–DC Converter

Dehong Xu ,Member,IEEE ,Chuanhong Zhao ,Student Member,IEEE ,and Haifeng Fan

Abstract—A pulse-width modulation (PWM)plus phase-shift control bidirectional dc–dc converter is proposed.In this converter,PWM control and phase-shift control are combined to reduce cur-rent stress and conduction losses,and to expand ZVS range.The operation principle and analysis of the converter are explained,and ZVS condition is derived.A prototype of PWM plus phase-shift bidirectional dc–dc converter is built to verify the analysis.Index Terms—Bidirectional dc–dc converter,conduction loss,phase-shift,pulse-width modulation.

I.I NTRODUCTION

B

IDIRECTIONAL dc–dc converters will be widely used in applications such as dc uninterrupted power supplies,aerospace power systems,electric vehicles and battery chargers.In order to minimize the size and weight of the converters,switching frequency must be increased.But the increase of switching frequency results in higher switching losses.There are many techniques to solve this problem.Some circuits use resonant,quasiresonant,and/or multi-resonant techniques [1]–[3].However,voltage or current stresses in these converters are higher and require the devices of higher V A rating.Some circuits use passive snubbers or active clamp techniques [4].However,these converters become more complicated.Phase-shift ZVS technique has been used in bidirectional dc–dc converters since it can realize ZVS for all switches without auxiliary switches [5],[6].However,when the amplitude of input voltage is not matched with that of output voltage,the current stresses and RMS currents of the converters become higher.In addition the converters can not achieve ZVS in light-load condition.

Fig.1is a phase-shift (PS)bidirectional dc–dc converter [7].There are two switches on both sides of the isolation trans-former.

Switch

and are controlled complementarily.

Switch

and are also controlled complementarily.Duty cycles of the switches are kept in 0.5.The

inductor is used as the main energy transfer element.Fig.1is simplified as Fig.2(a).Fig.3(a)shows the corresponding waveforms of the simplified circuit when the amplitude of equivalent input

voltage is equal to that of equivalent output voltage

Manuscript received December 10,2002;revised October 6,2003.This paper was presented at the APEC’03Conference,Miami Beach,FL,February 2003.This work was supported by the Delta Power Electronics Science and Education Development Fund and the Foundation for University Key Teacher by Ministry of Education of China.Recommended by Associate Editor Y .-F.Liu.

The authors are with the Department of Electrical Engineering,Zhejiang Uni-versity,Hangzhou 310027,China (e-mail:xdh@https://www.360docs.net/doc/d17573670.html,).Digital Object Identifier

10.1109/TPEL.2004.826485

Fig.1.Phase-shift bidirectional dc–dc

converter.

(a)

(b)

Fig.2.(a)Simplified circuit of PS control.(b)Simplified circuit of PPS

control.

,that

is ,

where is the turn ratio of the isolation transformer.When the amplitude of equivalent input

voltage is not equal to that of equivalent output

voltage ,such

as ,Fig.3(b)shows the corresponding waveforms.The current stresses and RMS

0885-8993/04$20.00?2004IEEE

XU et al.:PWM PLUS PHASE-SHIFT CONTROL BIDIRECTIONAL DC –DC CONVERTER

667

(a)

(b)

(c)

Fig.3.(a)PS control when V =2=NV .(b)PS control when V =2=NV .(c)PPS control when V =2=NV .

currents of the converter become much higher and the reactive power transferred also increases,which leads to higher current stresses of the switch devices and higher conduction losses.The converter can not achieve ZVS in light-load condition.This paper proposes a PWM plus phase-shift (PPS)control bidirectional dc –dc converter.Fig.2(b)shows concept of PPS control bidirectional dc –dc converter.The PWM control of duty cycles acts as an electric transformer between equivalent input

voltage and equivalent output

voltage ,so that both positive and negative amplitudes of equivalent input

voltage

are equal to those of equivalent output

voltage .Fig.3(c)shows the corresponding waveforms of the simplified circuit of PPS control bidirectional dc –dc https://www.360docs.net/doc/d17573670.html,pared with PS control,PPS control can reduce the current stresses and RMS currents of the converter.The losses of the converter can also https://www.360docs.net/doc/d17573670.html,ter,it will be proved that the converter can achieve ZVS in larger load variation.

II.O PERATION P RINCIPLE OF PPS C ONTROL C ONVERTER To simplify the analysis,the operation of PPS control con-verter is explained with the following assumptions.1)The converter has reached steady state.

2)All switch devices are assumed as ideal switches with parallel body diodes and parasitic capacitors.3)The

inductance is composed of the leakage inductance of the transformer and additional series inductance.4)The values of the

capacitors ,

and are so large that the voltage ripples across them are small.

5)The resonant frequency of capacitor (composed

of

,

and )

and is much lower than the

switching frequency of the converter.

Duty cycles

of

and

are ,and duty cycles

of

and are

1-.In the forward mode,the gate drive signals

of

and is leading to those

of

and so that power flows

from

to .The equivalent circuits and key waveforms in the forward mode are shown in Figs.4and 5,respectively.The switching cycle can be divided into eight stages which are explained as follows.1)Stage

1:Just

before is turned

off.is on.The

current is in positive direction.The capacitor in par-allel

with is charged,while the capacitor in parallel

with is discharged.The voltage

across decreases to zero

at

and ’s body diode starts to

conduct.is turned on with ZVS and then works as a synchronous rectifier.The voltage

across

is clamped

at .The current slopes

of

is

(1)

where are average voltages

of ,

and ,respectively.2)Stage 2

:is turned off at .The capacitor in parallel

with is charged linearly by the

current and the capacitor in parallel

with is discharged.The stage terminates at ,while the voltage

across is zero.3)Stage

3

:’s body diode starts to conduct at .

Then is turned on in zero-voltage condition.The current

668IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS,VOL.19,NO.3,MAY

2004

Fig.4.Operation stages of the converter in the forward

mode.

decreases linearly and its direction is changed from positive to negative.The slope

of

is

(2)

4)Stage

4:

At is turned off.The capacitor in parallel

with is charged and the capacitor in parallel

with

is discharged linearly.At the end of this stage,the voltage

across decreases to zero.5)Stage

5:The body diode

of is conducting at the beginning of this stage.

Therefore is turned on in zero-voltage condition.The slope

of

is

(3)

6)Stage

6

:

At is turned off.The capacitor in parallel

with is charged and the capacitor in parallel

with

is discharged linearly.At the end of this stage,the voltage

across goes down to zero.7)Stage

7:At the beginning of this stage,the body diode

of is conducting

and is turned on in zero-voltage condition.The slope

of

is

(4)

8)Stage

8:

At is turned off.The capacitor in parallel

with is charged and the capacitor in parallel

with

is discharged linearly until the voltage

across reaches zero.

After ,the next switching cycle starts again.

双向DCDC变换器设计

用于锂电池化成系统的桥式DC/DC变换器.......................... 错误!未定义书签。1引言.. (2) 2 双向H桥DC/DC变换器拓扑分析................................ 错误!未定义书签。 双向DC/DC变换器 (3) 双向H桥DC/DC变换器结构分析 (3) 双向H桥DC/DC变换器工作状态分析 (4) 正向工作状态模型分析 (4) 反向工作状态模型分析 (4) 3 硬件电路分析设计............................................ 错误!未定义书签。 器件参数选择分析 (5) 主开关管的选择 (5) 滤波电感参数的计算 (6) 硬件电路分析设计 (6) 驱动电路分析设计 (6) 4 系统结构与控制 (9) 系统结构 (9) 控制系统结构 (9) DC/DC变换器控制方法 (10) 电压控制模式 (10) 电流控制模式 (10) 软件设计 (10) 5 实验调试与结果分析 (11) 实验平台搭建 (11) 样机调试 (12) 供电电源调试 (12) 驱动信号调试 (12) 单片机程序,VB工程调试 (13) 保护与采样电路测试 (14) 开环、闭环测试 (15) 小结 (17) 6 总结 (17) 7 谢辞 (17) 参考文献...................................................... 错误!未定义书签。用于锂电池化成系统的桥式DC/DC变换器 摘要:随着锂电池在生活中各个方面的广泛普及,锂电池在生产过程中重要的化成环节逐渐成为关注的焦点。本文主要设计介绍了使用于锂电池化成系统的桥式变换器部分,包含计算机监控、DC/DC双向变换器。双向DC/DC变换器通过调节MOSFET的占空比,实现对锂电池的智能充放电。本文对双向DC/DC变换器的工作原理进行了分析,并通过样机对预期功能进行验证。 关键字:电池化成;双向DC/DC变换器;实验分析 Abstract:As the lithium battery becomes more and more popular in every aspects of

PWM功率放大电路

PWM功率放大电路 ——卢浩天 LC梦创电子制作工作室 一、PWM功率放大原理 PWM功放电路有单极性和双极性之分。双极性指在一个PWM周期内,电机电枢电压正、负极性改变一次;单极性指PWM功放管工作时,有一个PWM信号端和一个方向控制端,在电机正转或反转时,仅有对应的一对功放管通电,而另一对功放管截止。因此,电机电枢在正转或反转时,正、负极性是固定的,即是单极性的。 若忽略晶体管的管压降,可以认为PWM功率放大管的输出电平等于电源电压,即||=。图1描绘了电枢的电压波形和电流波形。在图中,为PWM UU T CAB脉冲周期,为正脉冲宽度,为负脉冲宽度。电枢两端的电流是一个脉动的连TT hP续电流,从图可看出,电枢两端的电流是一个脉动的连续电流,加快PWM的切换频率,电流的脉动就变小,结果近似于直流信号的效果,使电机均匀旋转。同时,如果改变PWM 的脉冲的宽度,电枢中的平均电流也将变化,电机的转速便将随之改变,这就是PWM调速的原理。 在图中,PWM脉冲频率决定了电枢电流的连续性,从而也决定了电机运行的平稳性。如果脉冲频率切换频率选择不当,电机的低速性能有可能不理想,容易烧坏晶体管,而且由于电流不连续,电机有可能产生剧烈震荡,甚至出现啸叫现象,这些都是不允许的。因此,在设

计PWM功率放大器时,要慎重选择切换频率。为了克服静摩擦,改善运行特性,切换频率应能使电机轴产生微振,即: 式中,为转矩系数,(为电机电磁常数、为励磁磁通),U?KC?KC?CTMMT.为功放电源,为电枢电感,为电机静摩擦力矩。TL SA另外,选择切换频率具体还应考虑以下几个方面: (1)微振的最大角位移应小于允许的位置误差。在伺服系统中,假设要求位置误差小于,则要求切换频率满足下式:?式中,为电机及负载的转动惯量。J(2)应尽量减小电机内产生的高频功耗。PWM 脉冲信号的谐波分量将引起电机内部的功耗,降低效率。为此切换频率应足够高,使电机电枢感抗大大超过电枢内阻,即要求 式中,是电机电枢电阻。R A(3)应当远远大于系统的固有频率,防止系统固有振荡。 实际设计时应综合考虑上述条件,在1000Hz至数万Hz的范围内选取PWM切换频率。特别需要强调的是,由于伺服电机的电枢电感较小,如果频率不够高,交流分量过大,很容易烧毁功放管。不过功放管的开关频率总有一个限度,对大功率功放管来说,开关频率越高,制造工艺难度越大,成本也越高。因此,用户要根据自己的实际需要确定有关参数,使自己构建的功率放大器有较高的性能价格比。 二、标准的PWM功率放大器 图2举出了一个实际的标准双极性PWM功率放大器。它是一个典型的H型功放,四个功放管分别采用NPN型达林顿管TIP122和PNP 型达林顿管TIP127。PWM脉冲信号通过光电耦合器件4N35加到晶

pwm开关型功率放大器

电力电子技术 课程设计报告 题目PWMf关型功率放大器的设计 专业电气工程及其自动化 班级电气 学号 学生姓名 指导教师 2008年春季学期 起止时间:2008年6月23日至2008年6月27日

一、总体设计 1 ?主电路的选型(方案设计)

经过对设计任务要求的总体分析,明确应该使用电力电子组合变流中的间接交流变流的思想进行设计,因为任务要求频率是可变的,故选择交直交变频电路(即VVVF 电源)。交直交变频电路有两种电路:电压型和电流型。在逆变电路中均选用双极性调制方式。 方案一:采用电压型间接交流变流电路。其中整流部分采用单相桥式全控整流电路,逆变部分采用单相桥式PWM e变电路,滤波部分为LC滤波,负载为阻感性。电路原理图如下所示: 方案二:采用电压型间接交流变流电路。其中整流部分采用单相全桥整流电路,逆变部分采用单相桥式PWM K变电路,滤波部分为LC滤波,负载为阻感性。电路原理图如下所示: 方案三:采用电压型间接交流变流电路。其中整流部分采用单相桥式PWM 整流电路,逆变部分采用单相桥式PWM e变电路,滤波部分为LC滤波,负载为阻感

性。电路原理图如下所示: 分析: 方案一中整流电路与逆变电路都采用全控型可以通过控制a角的大小来控制Ud 的大小。 方案二中的整流电路是单相全桥整流电路,属于不可控型。Ud大小不可变。 方案三采用双PWM&路。整流电路和逆变电路的构成可以完全相同,交流电源通过交流电抗器和整流电路联接,通过对整流电路进行PWMI制,可以使输入电流为正弦波并且与电源电压同相位,因而输入功率因数为1,并且中间 直流电路的电压可以调整。但由于控制较复杂,成本也较高,实际应用还不多,故此处没有选用。 经过分析我选用了方案一。其中控制部分采用双极性PWM波控制触发,从而控制负载电流和电压。由于逆变部分采用电压型逆变电路,所以当选用电阻性负载时其电流大致呈正弦波,电压呈矩形波。

DC-DC双向变换器

2015年全国大学生电子设计竞赛 DC-DC双向变换器(A题) 完成人:石永健(电子三班 201340602081) 2015年8月14

摘要 本系统以同步整流升降压电路为主,采用MSP430F5525单片机为控制核心。正向可以作为BUCK降压电路为电池充电,反向则可作为BOOST升压电路放电,经AD采样后由单片机调整PWM波输出,实现反馈控制。实验结果表明:当输入在24~36V条件下,充电时,充电恒流值十分稳定,电流控制精度为0.5%,充电电流变化率不大于0.5%,效率可高达96%。充电时,变换器效率高达97%。此外本系统还有充电电流显示,过充保护,自动切换等功能。 关键词:DC-DC双向变换;MSP430F5525;PWM反馈;恒流充电;同步整流

目录 1. 方案论证 (4) 1.1双向变换电路的论证与选择 (4) 1.2控制方案的论证与选择 (5) 1.3驱动方案的论证与选择 (5) 2.1电路的设计 (5) 2.1.1系统总体框图 (5) 2.1.2 电流检测子系统电路原理图 (6) 2.1.3 驱动模块电路原理图 (6) 2.2程序的设计 (7) 2.2.1 程序功能描述 (7) 2.2.2 程序流程图 (7) 3. 系统理论分析与计算 (8) 3.1主电路的分析 (8) 3.1.1同步整流电路的分析 (8) 3.1.2同步整流电路参数计算 (9) 3.2恒流充电方案的分析 (9) 4. 测试方案与测试结果 (10) 4.1测试仪器 (10) 4.2测试方案 (10) 4.3测试结果及分析 (11) 5.体会心得 (11) 6.参考文献 (11) 附录1:电路原理图 (12)

一种基于pwm的开关功率放大器的设计

一种基于PWM的开关功率放大器的设计 一、前言 振动测试系统是模拟某种产品的实际使用环境,在产品出厂前检验其结构特性和可靠性,这对于新产品开发起着重要作用,因此,被广泛应用于军事,自动化,半导体,汽车,航空航天等行业。 采用开关功率放大器的电动式振动测试系统是目前应用广泛的一种振动 试验系统。通常能提供正弦、随机和冲击试验环境,它的频率范围广,动态范围宽,易于实现自动或手动控制;加速度波形良好,适合产生随机波;可得到很大的加速度。 功率放大器是电动振动试验系统的重要组成部分,其性能和与振动台的匹配状况直接关系着系统的性能。功率放大器发展到现在已经历了3代:电子管功率放大器、晶体管线性功率放大器及开关功率放大器。目前电子管功率放大器已经很少使用,晶体管线性功率放大器效率通常只有50%左右,而其他的能量则转化为热能,不但效率低,而且散热是个很大问题。开关功率放大器如果采用功率场效应管(PMOSFET),则损耗很小,效率可达到90%,发热少,冷却设备简单。由于开关功率放大器输出电压容易调节,且电流的波峰系数较大,这样就可以直接与振动台耦合,而不需要输出变压器。而且PMOSFET的开关频率高,因此放大器体积小,功率密度大,容易实现模块化。 本文应用PWM技术设计并实现了5kW的功率放大器模块。由于采用PMOSFET,开关频率达到50 kHz,体积比较小,效率高。输出电感铁芯采用钻基非晶合金,频率响应范围广。2主电路设计2.1主电路结构 开关式功率放大器主电路结构如图1所示。三相交流电经过工频变压器隔离、降压送入三相全桥滤波器,然后通过电容滤波得到低纹波直流电源V in。

主电路由4只PMOSFET组.成一个全桥变换器。输出的电压波经过常模和共模扼流线圈滤波后输出到振动台。 开关功率放大器输出正弦波(5Hz~5kHz)或随机波形。采用提高开关频率的方法来抑制谐波虽然有效,但是会增加PMOSFET的开关损耗,从而导致变换器的效率下降。本文采用倍频PWM技术,即三角载波的频率为100 kHz,而MOSFET的开关频率为50 kHz,这样不仅能够有效地降低谐波,而且也可以减少开关损耗。变换器工作时,同一个桥臂上的MOSF ET交替导通,当Q1,Q3同时导通时输出为零,只有对角线上的Q1,Q4或Q3,Q2同时导通时才输出电压波形。 二、控制逻辑 由于开关功率放大器是通过输入信号来改变输出结果的,所以是开环控制。其控制逻辑如图2所示,由载波发生,调制信号,比较单.元和延时单元组成。载波是频率为50 kHz三角波,由模拟振荡电路获得。调制信号由振动台控制系统给定,滤波后送到比较器的同相端。载波以及反相的载波分别送到比较器的反相端。调制后的信号通过一个由RC电路和与非门组成的延时单元,防止同一桥臂的MOSFET的直通,最后经过缓冲器到驱动电路。

双向DC-DC变换器设计-全国大学生电子设计竞赛

2015年全国大学生电子设计竞赛 双向DC-DC变换器(A题) 学号:1440720117 吕刚 2015年12月30日

摘要 本设计主要由双向DC-DC变换电路、测控显示电路、辅助电源三部分构成,其中双向DC-DC变换电路降压部分采用XL4016开关降压型DC-DC转换芯片,最高转换效率可达93%,升压部分采用XL6019开关型升压/降压芯片,具有低纹波,输入范围广,转换效率高的特点。恒流部分采用PWM控制原理,形成一个闭环回路,控制电流恒定,恒压部分完全由硬件控制,单片机辅助控制的方式。以上部分确保系统满足题目要求,实现恒流充电,恒压放电,过压保护功能,并且有着较高的转换效率。 在本次设计中恒压部分完全有硬件控制,硬件自身形成一个闭环控制回路,对电压进行调节使其恒定题目要求的精度范围。单片机通过光耦电路的工作与停止,恒流部分由PWM调节占空比,使其恒流。 关键字电池充放电升压降压XL4016 XL6019 STM32

目录 一、系统方案 (1) 1、双向DC-DC变换电路的论证与选择 (1) 2、测量控制方案和辅助电源的论证与选择 (1) 3、控制方法的论证与选择 (1) 二、系统理论分析与计算 (2) 三、电路与程序设计 (3) 1、电路的设计 (3) (1)系统总体框图 (3) 2、程序的设计 (5) (1)程序功能描述与设计思路 (5) (2)程序流程图 (6) 3、程序流程图 (7) 四、测试仪器与数据分析 (7) 附录1:电路原理图 (9) 附录2:源程序 (10)

双向DC-DC变换器(A题) 【本科组】 一、系统方案 本设计主要由双向DC-DC变换电路、测控显示电路、辅助电源三部分构成,其中双向DC-DC变换电路降压部分采用XL4016开关降压型DC-DC转换芯片,最高转换效率可达93%,升压部分采用XL6019开关型升压/降压芯片,具有低纹波,输入范围广,转换效率高的特点。恒流部分采用PWM控制原理,形成一个闭环回路,控制电流恒定,恒压部分完全由硬件控制,单片机辅助控制的方式。以上部分确保系统满足题目要求,实现恒流充电,恒压放电,过压保护功能,并且有着较高的转换效率。 1、双向DC-DC变换电路的论证与选择 方案1:由降压斩波变换电路(即Buck变换电路)和升压斩波变换电路(即Boost 电路)组成双向DC-DC变换电路,分别各使用一个全控型器件VT(IGBT或MOSFET),对输入直流电源进行斩波控制通过调整全控型器件VT的控制信号占空比来调整输出电压。 方案2:采用XL4016开关型降压芯片和XL6019开关型升压/降压芯片构成升压、降压电路具有低纹波,内助功率MOS,具有较高的输入电压范围,内置过电流保护功能与EN引脚逻辑电平关断功能。 综合以上两种方案,考虑到时间的限制,选择了比较容易实现的方案2。 2、测量控制方案和辅助电源的论证与选择 由于瑞萨单片机开发套件数量有限,所以我们选择了一款相对便宜,速度快,性价比较高的STM32103V8T6作为控制器,显示部分由于收到题目对作品重量的要求,选择了质量轻,分辨率较高的0.96寸OLED屏幕显示。由于市场上所售开关电源模块的,纹波大的因素,所以辅助电源选择了一个较小的9V变压器,进行,整流滤波作为辅助电源。 3、控制方法的论证与选择 方案1:采用PWM调节占空比的方法控制降压芯片的控制端,达到控制恒流和控制恒压的目的,采用PWM调节软件较为复杂,而且PWM调节较为缓慢,软件控制难度大。 方案2:恒压部分完全有硬件控制,硬件自身形成一个闭环控制回路,对电压进行调节使其恒定题目要求的精度范围。单片机通过光耦电路的工作与停止,恒流部分由PWM调节占空比,使其恒流。 综合以上两种方案,选择软件较为简单,硬件较为复杂的方案2。

PWM功率放大电路

P W M功率放大电路集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#

PWM功率放大电路 ——卢浩天 LC梦创电子制作工作室一、PWM功率放大原理 PWM功放电路有单极性和双极性之分。双极性指在一个PWM周期内,电机电枢电压正、负极性改变一次;单极性指PWM功放管工作时,有一个PWM信号端和一个方向控制端,在电机正转或反转时,仅有对应的一对功放管通电,而另一对功放管截止。因此,电机电枢在正转或反转时,正、负极性是固定的,即是单极性的。 若忽略晶体管的管压降,可以认为PWM功率放大管的输出电平等于 电源电压,即| U|=C U。图1描绘了电枢的电压波形和电流波形。在图 AB 中,T为PWM脉冲周期, T为正脉冲宽度,h T为负脉冲宽度。电枢两端 P 的电流是一个脉动的连续电流,从图可看出,电枢两端的电流是一个脉动的连续电流,加快PWM的切换频率,电流的脉动就变小,结果近似于直流信号的效果,使电机均匀旋转。同时,如果改变PWM的脉冲的宽度,电枢中的平均电流也将变化,电机的转速便将随之改变,这就是PWM调速的原理。 在图中,PWM脉冲频率决定了电枢电流的连续性,从而也决定了电机运行的平稳性。如果脉冲频率切换频率选择不当,电机的低速性能有可能不理想,容易烧坏晶体管,而且由于电流不连续,电机有可能产生剧烈震荡,甚至出现啸叫现象,这些都是不允许的。因此,在设计PWM功率放

大器时,要慎重选择切换频率。为了克服静摩擦,改善运行特性,切换频率应能使电机轴产生微振,即: 式中,T K 为转矩系数,Φ=M T C K (M C 为电机电磁常数、Φ为励磁磁 通),C U 为功放电源,A L 为电枢电感,S T 为电机静摩擦力矩。 另外,选择切换频率具体还应考虑以下几个方面: (1)微振的最大角位移应小于允许的位置误差。在伺服系统中,假设要求位置误差小于δ,则要求切换频率满足下式: 式中,J 为电机及负载的转动惯量。 (2)应尽量减小电机内产生的高频功耗。PWM 脉冲信号的谐波分量将引起电机内部的功耗,降低效率。为此切换频率应足够高,使电机电枢感抗大大超过电枢内阻,即要求 式中,A R 是电机电枢电阻。 (3)应当远远大于系统的固有频率,防止系统固有振荡。 实际设计时应综合考虑上述条件,在1000Hz 至数万Hz 的范围内选取PWM 切换频率。特别需要强调的是,由于伺服电机的电枢电感较小,如果频率不够高,交流分量过大,很容易烧毁功放管。不过功放管的开关频率总有一个限度,对大功率功放管来说,开关频率越高,制造工艺难度越大,成本也越高。因此,用户要根据自己的实际需要确定有关参数,使自己构建的功率放大器有较高的性能价格比。 二、标准的PWM 功率放大器 图2举出了一个实际的标准双极性PWM 功率放大器。它是一个典型的H 型功放,四个功放管分别采用NPN 型达林顿管TIP122和PNP 型达

A题双向DC-DC

A 双向 DC-DC 变换器
摘要:本设计实现了一种基于 MSP430F2616 单片机的可程控双向 DC-DC 变换器。 系统由 18650 电池组、直流稳压电源充电电路、同步 Boost-Buck 电路、滤波电 路、辅助电源、单片机、键盘、AD 转换电路、显示器等电路组成。充电模式下, 输入为 30V 直流电,通过同步降压拓扑结构形成稳定的约 20V 的直流电压,该直 流电压经过程控降压模块实现可程控输出电流。电流经过二次滤除纹波可得到稳 定的电流输出。放电模式下,通过同步升压拓扑结构形成稳定的 30V 电压输出。 同时该电源变换器具过充保护的功能,提高了电源的安全性和稳定性。本电源效 率高、步进精度高、输出电流稳定、安全性高、重量小轻便可携带;通过按键与 显示器实现人机交互,人机交互友好。 关键字:DC-DC,恒流,效率

1 方案论证
变换器设计方案
题目要求电池组在充电模式下,输入直流电为 24~36V 的条件下可以输出恒
流 2A,放电模式可以输出恒压 30V,所以本次设计需要利用双向 DC-DC 拓扑结构。
方案一:采用隔离型 DC-DC 双向变换器。借鉴非隔离单向变换器中反并联开
关管或二极管,以构成非隔离双向变换器的思想,也可以从隔离型单向变换器演
变得到隔离型正激双向 DC-DC 变换器。该方案在需要电气隔离的场合应用比较广
泛。
方案二:采用全桥 DC-DC 双向变换器。通过移相可使控制其开关器件实现零
电压开关。开关器件的电压、电流应尽量小;变压器为双向励磁,利用率较高,
在中、大功率场合有广泛的应用。
方案三:采用 Boost-Buck 双向变换器。常见的非隔离型单向变换器的拓扑
结构有 Buck、Boost、Buck/Boost 等电路。在这些单向变换器的二极管两端反并
联开关管,在开关管两端反并联二极管,即可构成与之对应的 Boost-Buck 双向
变换器电路。
三种方案理论上都能够实现本设计需要的双向 DC-DC 电压变换。正激双向
DC-DC 变换器虽然成本低,驱动电路容易,但由于变压器会处于单向励磁状态,
变压器利用率较低,并且需要额外设计磁复位电路,适用的电路范围较小。全桥
DC-DC 双向变换器虽处于双向励磁状态,利用率较高,但其电路拓扑结构复杂难
以实现;但相比于非隔离双向变换器而言,其效率还是较低的,达不到本设计需
要的效率达到 95%以上的要求。这两种隔离型双向变换器均需要用到变压器,比
较笨重,会超出该设计的系统总质量小于 500g 的要求。而 Boost-Buck 双向变换
器电路精简,无变压器较为轻便,利用率较高,因此本次设计采用 Boost-Buck
双向 DC-DC 拓扑结构。
恒流恒压设计方案
为满足充电模式下,输入为 24~36V 变化时,稳定输出恒定 2A 电流,输入电
压不变情况下充电电流步进可调,充电模式下本电源需要实现降压恒流功能。为
满足放电模式时候,保持输出电压不变,本电源在放电模式下需实现恒压功能。
方案一:采用程序控制 PWM 占空比实现恒压恒流功能。利用高精度 ADC 芯片
对负载进行采样得到负载两端的电压或者电流,根据公式: VOUT VIN TON TON TOFF
(1)
其中
VOU
T
为输出加在负载两端的电压,
VIN
为输入电压,
TON TON TOFF
为控制
PWM


双向DC-DC变换器(全国大学生电子设计竞赛全国二等奖作品)

2015年全国大学生电子设计竞赛双向DC-DC变换器(A题) 2015年8月15日

摘要 本设计主要由双向DC-DC变换电路、测控显示电路、辅助电源三部分构成,其中双向DC-DC变换电路降压部分采用XL4016开关降压型DC-DC转换芯片,最高转换效率可达93%,升压部分采用XL6019开关型升压/降压芯片,具有低纹波,输入范围广,转换效率高的特点。恒流部分采用PWM控制原理,形成一个闭环回路,控制电流恒定,恒压部分完全由硬件控制,单片机辅助控制的方式。以上部分确保系统满足题目要求,实现恒流充电,恒压放电,过压保护功能,并且有着较高的转换效率。 在本次设计中恒压部分完全有硬件控制,硬件自身形成一个闭环控制回路,对电压进行调节使其恒定题目要求的精度范围。单片机通过光耦电路的工作与停止,恒流部分由PWM调节占空比,使其恒流。 关键字电池充放电升压降压XL4016 XL6019 STM32

目录 一、系统方案 (1) 1、双向DC-DC变换电路的论证与选择 (1) 2、测量控制方案和辅助电源的论证与选择 (1) 3、控制方法的论证与选择 (1) 二、系统理论分析与计算 (2) 三、电路与程序设计 (3) 1、电路的设计 (3) (1)系统总体框图 (3) 2、程序的设计 (5) (1)程序功能描述与设计思路 (5) (2)程序流程图 (6) 3、程序流程图 (7) 四、测试仪器与数据分析 (7) 附录1:电路原理图 (9) 附录2:源程序 (10)

双向DC-DC变换器(A题) 【本科组】 一、系统方案 本设计主要由双向DC-DC变换电路、测控显示电路、辅助电源三部分构成,其中双向DC-DC变换电路降压部分采用XL4016开关降压型DC-DC转换芯片,最高转换效率可达93%,升压部分采用XL6019开关型升压/降压芯片,具有低纹波,输入范围广,转换效率高的特点。恒流部分采用PWM控制原理,形成一个闭环回路,控制电流恒定,恒压部分完全由硬件控制,单片机辅助控制的方式。以上部分确保系统满足题目要求,实现恒流充电,恒压放电,过压保护功能,并且有着较高的转换效率。 1、双向DC-DC变换电路的论证与选择 方案1:由降压斩波变换电路(即Buck变换电路)和升压斩波变换电路(即Boost 电路)组成双向DC-DC变换电路,分别各使用一个全控型器件VT(IGBT或MOSFET),对输入直流电源进行斩波控制通过调整全控型器件VT的控制信号占空比来调整输出电压。 方案2:采用XL4016开关型降压芯片和XL6019开关型升压/降压芯片构成升压、降压电路具有低纹波,内助功率MOS,具有较高的输入电压范围,内置过电流保护功能与EN引脚逻辑电平关断功能。 综合以上两种方案,考虑到时间的限制,选择了比较容易实现的方案2。 2、测量控制方案和辅助电源的论证与选择 由于瑞萨单片机开发套件数量有限,所以我们选择了一款相对便宜,速度快,性价比较高的STM32103V8T6作为控制器,显示部分由于收到题目对作品重量的要求,选择了质量轻,分辨率较高的0.96寸OLED屏幕显示。由于市场上所售开关电源模块的,纹波大的因素,所以辅助电源选择了一个较小的9V变压器,进行,整流滤波作为辅助电源。 3、控制方法的论证与选择 方案1:采用PWM调节占空比的方法控制降压芯片的控制端,达到控制恒流和控制恒压的目的,采用PWM调节软件较为复杂,而且PWM调节较为缓慢,软件控制难度大。 方案2:恒压部分完全有硬件控制,硬件自身形成一个闭环控制回路,对电压进行调节使其恒定题目要求的精度范围。单片机通过光耦电路的工作与停止,恒流部分由PWM调节占空比,使其恒流。 综合以上两种方案,选择软件较为简单,硬件较为复杂的方案2。

完整word高效率PWM音频功率放大器

高效率PWM 音频功率放大器 本设计主要由功率放大器、信号变换电路、输出功率显示电路和保护电路组成。功率放 大器部分采用D 类功率放大器确保高效,在 5V 供电情况下输出功率大于 1W ,且输出波形 无明显失真,低频输出噪声电压很低 (输出频率为20kHz 以下时,低频噪声电压约 1mV ); 信号变换部分采用差分放大电路,将双端输出信号变为 1 : 1的单端输出信号;输出功率显 1、题目分析及设计方案论证与比较 根据题目要求,整个系统由D 类PWM 功率放大器、信号转换电路及功率测量显示装置 组成。其中核心部分为 D 类PWM 功率放大器。之所以选择此方案是因为 D 类PWM 功放 能够达到更高的效率,且更好地确保波形不失真,加之以合理的滤波网络又进一步克服了高 频干扰, 从而使系统成为高效率、低失真、低干扰的功率放大系统。系统组成框图如图 3.1 所示。下面我们分别论述框图中各部分设计方案。 图3.1系统组成框图 2、总体设计思路 根据题目要求,经过认真分析,决定采用脉宽调制方式实现低频功率放大器 (即D 类功 率放大器)。脉宽调制电路(PWM )的脉宽调制原理 如图3.2所示。 图3.2脉宽调制原理图 一般的D 类放大器电路的工作原理是用 “振荡发生器”输出的三角波与来自外部的模拟 音频信号进行比较,在“脉宽调制比较器”输出端产生一个其脉宽变化与音频信号幅值成正 比例的可变脉宽方波。此方波通过“数字逻辑电路”输出反相的方波。 在音频信号的前半周 (正电压),脉宽调制方波的占空比小于 50%,使高端MOS 管饱和导通,输出瞬间脉冲电压 V ec — 0=V cc 。在音频信号的后半周(负电压),低端MOS 饱和导通,电压 0— V ec = — V cc o 将输 亠 PWM — 高速开关电路 及滤波网络 D 类功率放大器 796D Vin=O,占空比-50%

全国大学生电子设计竞赛双向DCDC变换器A题设计报告

全国大学生电子设计竞赛双向D C D C变换器A 题设计报告 Hessen was revised in January 2021

2015年全国大学生电子设计竞赛 双向 DC-DC 变换器(A题) 【本科组】 2015年8月13日

目录

摘要 本系统介绍了一种双向DC-DC变换器的基本原理和实现方法。由SG3525芯片产生的PWM波经三极管传入到电路中,驱动MOSFET管,使其关断或导通,使电压升高或降低。同时,可由单片机监测相应信号经判断后控制继电器选择放电或充电的模式使电路保持在一直正常情况下运行。当充电电压超出限幅值时,单片机可自动断开主电路,以保护系统安全。此外,本系统在设计时注重了高精度的要求,使输出电流步进可控,且步进值小于。而系统中各元件的选择以低损耗为标准,提高了系统的低功耗特性,使系统的效率达到最高。本系统经过多次模拟与实验,基本完成各项要求。 关键字:DC-DC变换;低损耗;自动;可控;充电 ABSTRACT This system introduces the basic principle and realization method of a kind of bidirectional DC-DC converter. The PWM wave generated by the SG3525 chip is introduced into the circuit by the transistor, driving the MOSFET tube, making it shut off or on, so that the voltage is raised or lowered. At the same time, the signal can be monitored by a single chip microcomputer to control the relay selection discharge or charging mode to keep the circuit under normal circumstances. When the charging voltage exceeds the limit, the single chip microcomputer can automatically disconnect the main circuit to protect the system security. In addition, the system is designed with high accuracy requirements, so that the output current is controlled, and the step value is less than . In the system, the selection of the components of the system is the standard, which improves the system's low power consumption characteristics, so that

一种基于PWM的开关功率放大器的设计

一种基于PWM的开关功率放大器的设计 原作者:韩金刚史新乾汤天浩王小明 一、前言 振动测试系统是模拟某种产品的实际使用环境,在产品出厂前检验其结构特性和可靠性,这对于新产品开发起着重要作用,因此,被广泛应用于军事,自动化,半导体,汽车,航空航天等行业。 采用开关功率放大器的电动式振动测试系统是目前应用广泛的一种振动试验系统。通常能提供正弦、随机和冲击试验环境,它的频率范围广,动态范围宽,易于实现自动或手动控制;加速度波形良好,适合产生随机波;可得到很大的加速度。 功率放大器是电动振动试验系统的重要组成部分,其性能和与振动台的匹配状况直接关系着系统的性能。功率放大器发展到现在已经历了3代:电子管功率放大器、晶体管线性功率放大器及开关功率放大器。目前电子管功率放大器已经很少使用,晶体管线性功率放大器效率通常只有50%左右,而其他的能量则转化为热能,不但效率低,而且散热是个很大问题。开关功率放大器如果采用功率场效应管(PMOSFET),则损耗很小,效率可达到90%,发热少,冷却设备简单。由于开关功率放大器输出电压容易调节,且电流的波峰系数较大,这样就可以直接与振动台耦合,而不需要输出变压器。而且PMOSFET的开关频率高,因此放大器体积小,功率密度大,容易实现模块化。 本文应用PWM技术设计并实现了5kW的功率放大器模块。由于采用PMOSFET,开关频率达到50 kHz,体积比较小,效率高。输出电感铁芯采用钻基非晶合金,频率响应范围广。2主电路设计2.1主电路结构

开关式功率放大器主电路结构如图1所示。三相交流电经过工频变压器隔离、降压送入三相全桥滤波器,然后通过电容滤波得到低纹波直流电源V in。主电路由4只PMOSFET组.成一个全桥变换器。输出的电压波经过常模和共模扼流线圈滤波后输出到振动台。 开关功率放大器输出正弦波(5Hz~5kHz)或随机波形。采用提高开关频率的方法来抑制谐波虽然有效,但是会增加PMOSFET的开关损耗,从而导致变换器的效率下降。本文采用倍频PWM技术,即三角载波的频率为100 kHz,而MOSFET的开关频率为50 kHz,这样不仅能够有效地降低谐波,而且也可以减少开关损耗。变换器工作时,同一个桥臂上的MOSF ET交替导通,当Q1,Q3同时导通时输出为零,只有对角线上的Q1,Q4或Q3,Q2同时导通时才输出电压波形。 二、控制逻辑 由于开关功率放大器是通过输入信号来改变输出结果的,所以是开环控制。其控制逻辑如图2所示,由载波发生,调制信号,比较单.元和延时单元组成。载波是频率为50 kHz三角波,由模拟振荡电路获得。调制信号由振动台控制系统给定,滤波后送到比较器的同相端。载波以及反相的载波分别送到比较器的反相端。调制后的信号通过一个由RC电路和与非门组成的延时单元,防止同一桥臂的MOSFET的直通,最后经过缓冲器到驱动电路。

双向DC-DC变换器研究

双向DC-DC变换器 摘要: 双向DC/DC变换器是一种可以实现“一机两用”的设备,可用其得到能量的双向传输,并且在有些需要能量双向流动的场合,双向DC/DC变换器可大幅度减轻系统的体积、重量以及成本价值,有着重要的研究意义。 首先介绍的是双向DC/DC变换器的概念、应用场合以及其研究现状,并在此基础上分析了电压—电流型双向全桥DC/DC变换器;Buck充电模式时,高压侧开关有驱动信号,低压侧开关管驱动信号封锁,仅用功率开关管的体二极管整流;此时电路为电压型全桥结构;Boost放电模式时,低压侧开关管有驱动信号,高压侧开关管驱动信后封锁,仅用功率开关管的体二极管整流;此时电路为电流型全桥结构。然后,分别对buck充电模式和boost放电模式的工作原理进行了分析。最后利用Proteus软件分别对buck充电模式和boost放电模式的开环和闭环进行了仿真,给出了各部分的波形图,最后得出的仿真结果和理论一致。 关键词:双向DC-DC变换器 Buck充电模式 Boost放电模式

目录 前言 (3) 1.方案论证 (4) 1.1方案一 (6) 1.2 方案二 (6) 1.3 方案选择 (7) 2.电路设计和原理 (7) 2.1 5V电压源电路设计 (7) 2.2 0.1s (8) 2.2.1 引脚及功能表 (9) 2.2.2 (10) 2.3 计数电路设计 (11) 2.4电路设计 (13) 2.5显示电路设计 (14) 2.6控制电路设计 (15) 3.软件仿真调试 (15) 3.1 软件介绍 (15) 3.2 调试步骤及方法 (16) 4.故障分析及解决方法 (17) 5.总结与体会 (18) 附录: (20) A、总体电路图 (20) B、元器件清单 (20) C、元器件功能与管脚 (21) D、参考文献 (24)

PWM功率放大电路

P W M功率放大电路 Modified by JACK on the afternoon of December 26, 2020

PWM功率放大电路 ——卢浩天 LC梦创电子制作工作室一、PWM功率放大原理 PWM功放电路有单极性和双极性之分。双极性指在一个PWM周期内,电机电枢电压正、负极性改变一次;单极性指PWM功放管工作时,有一个PWM信号端和一个方向控制端,在电机正转或反转时,仅有对应的一对功放管通电,而另一对功放管截止。因此,电机电枢在正转或反转时,正、负极性是固定的,即是单极性的。 若忽略晶体管的管压降,可以认为PWM功率放大管的输出电平等于 电源电压,即| U|=C U。图1描绘了电枢的电压波形和电流波形。在图 AB 中,T为PWM脉冲周期, T为正脉冲宽度,h T为负脉冲宽度。电枢两端 P 的电流是一个脉动的连续电流,从图可看出,电枢两端的电流是一个脉动的连续电流,加快PWM的切换频率,电流的脉动就变小,结果近似于直流信号的效果,使电机均匀旋转。同时,如果改变PWM的脉冲的宽度,电枢中的平均电流也将变化,电机的转速便将随之改变,这就是PWM调速的原理。 在图中,PWM脉冲频率决定了电枢电流的连续性,从而也决定了电机运行的平稳性。如果脉冲频率切换频率选择不当,电机的低速性能有可能不理想,容易烧坏晶体管,而且由于电流不连续,电机有可能产生剧烈震荡,甚至出现啸叫现象,这些都是不允许的。因此,在设计PWM功率放

大器时,要慎重选择切换频率。为了克服静摩擦,改善运行特性,切换频率应能使电机轴产生微振,即: 式中,T K 为转矩系数,Φ=M T C K (M C 为电机电磁常数、Φ为励磁磁通),C U 为功放电源,A L 为电枢电感,S T 为电机静摩擦力矩。 另外,选择切换频率具体还应考虑以下几个方面: (1)微振的最大角位移应小于允许的位置误差。在伺服系统中,假设要求位置误差小于δ,则要求切换频率满足下式: 式中,J 为电机及负载的转动惯量。 (2)应尽量减小电机内产生的高频功耗。PWM 脉冲信号的谐波分量将引起电机内部的功耗,降低效率。为此切换频率应足够高,使电机电枢感抗大大超过电枢内阻,即要求 式中,A R 是电机电枢电阻。 (3)应当远远大于系统的固有频率,防止系统固有振荡。 实际设计时应综合考虑上述条件,在1000Hz 至数万Hz 的范围内选取PWM 切换频率。特别需要强调的是,由于伺服电机的电枢电感较小,如果频率不够高,交流分量过大,很容易烧毁功放管。不过功放管的开关频率总有一个限度,对大功率功放管来说,开关频率越高,制造工艺难度越大,成本也越高。因此,用户要根据自己的实际需要确定有关参数,使自己构建的功率放大器有较高的性能价格比。 二、标准的PWM 功率放大器 图2举出了一个实际的标准双极性PWM 功率放大器。它是一个典型的H 型功放,四个功放管分别采用NPN 型达林顿管TIP122和PNP 型达

第11题 双向DC-DC变换器

摘要 本系统基于双向同步整流原理,主电路在拓扑结构上整合Buck和Boost两种电路,配合MOS管驱动电路、电流检测电路、辅助电源电路以及输出过流保护电路,使该DC/DC 变换器实现能量的双向流通。系统由STM32F103ZET6单片机控制电流的步进可调,同时控制PWM波产生相应恒定电压值,使用TI的MOS管CSD19535代替续流二极管,大大提高了系统效率。本系统在充电模式可达到98%的转换效率,放电模式达到98%的转换效率,电流检测电路使用TI高精度检流芯片INA282,恒定输出的电流精度稳定在1.5%以内,电压精度稳定在1%以内,同时在LCD上显示所处状态,符合基本要求与发挥部分的参数要求。本设计创新点在于将电池充电过程分为三个阶段,通过显示屏实时显示电池所处的充电状态。 关键词 DC/DC电路同步整流STM32

目录 1 方案论证 (3) 1.1 方案描述 (3) 1.2 方案比较与选择 (3) 1.2.1 主控器方案比较与选择 (3) 1.2.2 显示屏方案比较与选择 (3) 1.2.3 电流检测方案比较与选择 (4) 1.2.4 PWM生成方式比较与选择 (4) 1.2.5 驱动电路方案比较与选择 (2) 2 电路与程序设计 (3) 2.1 双向DC/DC主回路与器件 (3) 2.2 测量控制电路、控制程序 (3) 2.2.1 测量控制电路 (3) 2.2.2 控制算法 (3) 2.2.3 主程序设计 (4) 3 理论分析与计算 (5) 3.1 主回路主要器件参数选择及计算 (5) 3.1.1 MOS管驱动芯片IR2110 (5) 3.1.2 电流检测芯片INA282 (5) 3.1.3 功率管选择CSD19535 (6) 3.1.4 电感参数计算 (6) 3.2 控制方法与参数计算 (6) 3.3 提高效率的方法 (7) 4 测试方案与测试结果(见附件) (7) 4.3 测试结果分析 (7) 5 结束语 (8) 6 参考文献 (8)

高效率PWM音频功率放大器

高效率PWM音频功率放大器 本设计主要由功率放大器、信号变换电路、输出功率显示电路和保护电路组成。功率放大器部分采用D类功率放大器确保高效,在5V供电情况下输出功率大于1W,且输出波形无明显失真,低频输出噪声电压很低(输出频率为20kHz以下时,低频噪声电压约1mV);信号变换部分采用差分放大电路,将双端输出信号变为1∶1的单端输出信号;输出功率显 1、题目分析及设计方案论证与比较 根据题目要求,整个系统由D类PWM功率放大器、信号转换电路及功率测量显示装置组成。其中核心部分为D类PWM功率放大器。之所以选择此方案是因为D类PWM功放能够达到更高的效率,且更好地确保波形不失真,加之以合理的滤波网络又进一步克服了高频干扰,从而使系统成为高效率、低失真、低干扰的功率放大系统。系统组成框图如图3.1所示。下面我们分别论述框图中各部分设计方案。 图3.1 系统组成框图 2、总体设计思路 根据题目要求,经过认真分析,决定采用脉宽调制方式实现低频功率放大器(即D类功率放大器)。脉宽调制电路(PWM)的脉宽调制原理如图3.2所示。 图3.2 脉宽调制原理图 一般的D类放大器电路的工作原理是用“振荡发生器”输出的三角波与来自外部的模拟音频信号进行比较,在“脉宽调制比较器”输出端产生一个其脉宽变化与音频信号幅值成正比例的可变脉宽方波。此方波通过“数字逻辑电路”输出反相的方波。在音频信号的前半周(正电压),脉宽调制方波的占空比小于50%,使高端MOS管饱和导通,输出瞬间脉冲电压V ec-0=V cc。在音频信号的后半周(负电压),低端MOS饱和导通,电压0-V ec=-V cc。将输

出的脉宽调制电压经LC低通网络滤除高频成分,在负载端得到与输入模拟信号相似但被放大了的电压。 D放大器虽有较大难度但可大大提高效率,且失真很小,波形放大效果良好,而且配合以较好的滤波网络克服了高频干扰。 系统原理框图如图3.3所示。可采用AD521实现双端输入变单端输出的信号变换。在测试部分采用乘法器将变换电路输出的信号电压加以平方,经分压送至表头显示。 图3.3 系统原理框图 第1节PWM功率放大器 实验一三角波发生器及误差放大器用555芯片构成三角波发生电路,如图3.4所示。 图3.4 三角波发生电路 本设计利用555组成的多谐振荡器的C4充放电特性加以改进,实现C4的线性充放电获得三角波。利用VT1、VT2和R6构成的恒流源对C4实现线性充电,利用VT3、VT4和R7构

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