双向DC-DC变换器(A题)
最新全国大学生电子设计竞赛双向DCDC电源设计报告
关键字：DC-DC交换；Buck；Boost；PWM控制
Abstract
The system isBuckandBoost parallel, to achieve two-way DC-DC exchange, STM32 as the core control chip.TheBuckBuckmodule uses the XL4016 switchBuckconverter chip, takes the c controls the feedback of XL4016, completes the closed-loop control, and realizes the constant current output.Boost boost module uses UC3843 as the PWM control chip, according to the output voltage negative feedback signal to adjust the PWM signal, the closed-loop control is carried out, in order to achieve the regulator output.System can automatically switch charge and discharge mode, can also be manually switch. The system has the function of over current and over voltage protection, and can measure and display the output voltage and current.
双向DCDC变换器
30
1.3 1.5
1.8
2.0
2、充电电流变化率测试
实际值(A) 0.999 1.099 1.299 1.499 1.798 1.998
显示值(A) 0.999 1.098 1.298 1.498 1.797 1.999
(%) 0.1% 0.09% 0.08% 0.07% 0.11% 0.1%
U2(V)
压，确保电路的正常稳定工作。本设计采用芯片 LM2596 实现。
图 3.4 辅助电源电路原理图
3.2 程序的设计
3.2.1 程序功能描述与设计思路 1、程序功能描述 根据题目要求软件部分主要实现电路的控制和显示功能。 1）键盘实现功能：控制电路关断和电流步进值。 2）显示部分：显示电流值。
6
3.2.2 程序流程图
4
足要求。
3 电路与程序设计
3.1 电路的设计
3.1.1 系统总体框图 系统总体框图如图 3.1 所示，直流稳压源经过负载电阻与双向 DC/DC 变换
器连接后，再与电池组连接；同时对负载电路、电池组电路进行电流电压检测， 检测信号送入 MSP430 单片机对其进行分析处理，产生 PWM 波控制双向 DC/DC 变换器的状态，外接 LCD 液晶屏显示电流和 4*4 键盘进行控制，从而实现对电 池组充放电以及保护的功能。整个模块由直流稳压电源经辅助电源供电。
在负载与地之间串一个小阻值的采样电阻，串联电路中流过负载和取样电阻 的电流大小相等，通过采样电阻的电压计算出负载电流。但分压阻值太大影响输
1
出功率、测量时需要高精度的 AD 才能得到高精度电流。在测量过程中发现，从 负载输出端接电阻线上有很小的电阻，都会影响到电压的精度。 方案二：采用高端双向电流并联监测芯片 INA270
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)双向DC-DC 变换器（A 题）【本科组】1. 方案论证1．1双向变换电路的论证与选择方案一：采用BUCK 与BOOST 电路分段组合，如图1-1-1和1-1-2。
当给电池充电时，采用BUCK 降压电路，为锂电池充电。
当电池放电时，采用BOOST 拓扑，实现升压，将放电电压稳定在30V 。
大学生电子设计竞赛双向dcdc电源设计报告图文稿
大学生电子设计竞赛双向d c d c电源设计报告Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】2013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12日摘要本系统以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。
关键字：DC-DC交换；Buck；Boost；PWM控制AbstractThesystemisBuckandBoostparallel,toachievetwo-wayDC-DCexchange,STM32asthecorecontrolchip.TheBuckBuckmoduleusestheXL 4016switchBuckconverterchip,takesthecurrentsignalintheoutput,co ntrolsthefeedbackofXL4016,completestheclosed-loopcontrol,andrealizestheconstantcurrentoutput.Boostboostmodul eusesUC3843asthePWMcontrolchip,accordingtotheoutputvoltagenegat ivefeedbacksignaltoadjustthePWMsignal,theclosed-loopcontroliscarriedout,inordertoachievetheregulatoroutput.Syst emcanautomaticallyswitchchargeanddischargemode,canalsobemanuall yswitch.Thesystemhasthefunctionofovercurrentandovervoltageprote ction,andcanmeasureanddisplaytheoutputvoltageandcurrent.Keywords:bidirectionalDC-DCconverter,Buck,boost,PWMcontrol目录双向DC-DC变换器（A题）【本科组】1系统方案系统要求效率，所以恒压输出、稳流输出都应采用开关电路，鉴于本题目要求的功能，系统主要由恒压控制模块、恒流控制模块组成，另为了灵活调整输出参数并实时监控系统工作状态，运用单片机控制技术，还有支持系统控制系统工作的辅助电源。
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。
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)1 方案论证1.1 方案描述本设计采用双向同步整流电路，单片机控制输出两路PWM波经过IR2110驱动高端PMOS管或低端NMOS管。
双向DCDC变换器.
双向DC-DC变换器摘要：双向DC-DC变换器是能够根据能量的需要调节能量双向传输的直流到直流的变换器。
本文阐述的双向DC-DC变换器通过集成运放加三极管组成的恒流源实现实现电池的充电功能以及由TL494组成的升压电路实现对电池的放电功能，LCD液晶屏用于显示充电电池的充电电流，并且能够自动转换变换器充放电工作模式。
此作品电路简单，效率较高，性能稳定；可以满足题目的要求，可适用于直流不停电系统、太阳能电池变换器、电动汽车等方面。
关键词：双向DCDC变换器；恒流源；TL494一、方案论证与比较：恒流源方案比较：方案一：由晶体三极管组成的恒流源，利用三极管集电极电压变化对电流影响，并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流的恒定。
由于晶体管参数受温度变化影响，要采用温度补偿及稳压措施，增加电路的复杂性且输出电流不便调节。
方案二：集成运算放大器和MOS管组成的压控型恒流源，利用运放来驱动功率管MOSFET的导通程度，获得相应的输出电流在采样电阻上产生的采样电压作为反馈电压送到运放的反相输入端，并与同相输入端的给定电压进行比较，依此对MOS管的驱动电压进行调整，达到对功率管的导通电流进行调整的目的；采用放大器负反馈构成的恒流源，可以获得较高精度、较大的电流输出。
因此本设计采用方案二。
DC-DC升压电路方案比较：方案一：结构如下图所示，可以实现输出端与输入端的隔离，适合于输入电压与输出电压之比远大于一或远小于一的情形，但由于采用多次变换，电路中的损耗较大，效率低，而且结构复杂。
直流交流交流直流逆变电路变压器整流电路滤波器图1—1方案二：用Boost升压电路，拓扑结构如图1-2所示。
开关的导通和关断受到外部PWM信号控制，电感L将交替的储存和释放能量，电感L储能后使电压泵升，而电容C可将输出电压保持住，输出电压与输入电压的关系为u0=(Ton+Toof),通过改变PWM控制信号的占空比可以实现相应输出电压的变化。
2015年全国大学生电子设计竞赛双向DCDC电源设计报告概论
2013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12日摘要本系统以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。
关键字：DC-DC交换；Buck；Boost；PWM控制AbstractThe system is Buck and Boost parallel, to achieve two-way DC-DC exchange, STM32 as the core control chip.The Buck Buck module uses the XL4016 switch Buck converter chip, takes the current signal in the output, controls the feedback of XL4016, completes the closed-loop control, and realizes the constant current output. Boost boost module uses UC3843 as the PWM control chip, according to the output voltage negative feedback signal to adjust the PWM signal, the closed-loop control is carried out, in order to achieve the regulator output.System can automatically switch charge and discharge mode, can also be manually switch. The system has the function of over current and over voltage protection, and can measure and display the output voltage and current.Key words: bidirectional DC-DC converter, Buck, boost, PWM control目录1系统方案 (1)1.1 升、降压电路的论证与选择 (1)1.2 系统组成及控制方法 (1)2系统理论分析与计算 (2)2.1 电路设计与分析 (2)2.1.1 提高效率的方法 (2)2.1.2 控制回路分析 (2)2.2 控制方法分析 (2)2.3 升压、降压电路参数计算 (3)2.3.1 元件选取 (3)2.3.2 电感计算 (3)3电路与程序设计 (4)3.1电路的设计 (4)3.1.1系统总体框图 (4)3.1.2 充电系统原理 (4)3.1.3 放电系统原理 (5)3.2程序的设计 (5)3.2.1程序功能描述与设计思路 (5)3.2.2程序流程图 (5)4测试方案与测试结果 (6)4.1测试方案 (6)4.2 测试条件与仪器 (7)4.3 测试结果及分析 (7)4.3.1测试结果(数据) (7)4.3.2测试分析与结论 (7)附录1：电路原理及实物 (8)附录2：主要程序片段 (9)双向DC-DC变换器1系统方案系统要求效率，所以恒压输出、稳流输出都应采用开关电路，鉴于本题目要求的功能，系统主要由恒压控制模块、恒流控制模块组成，另为了灵活调整输出参数并实时监控系统工作状态，运用单片机控制技术，还有支持系统控制系统工作的辅助电源。
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2015年全国大学生电子设计竞赛试题
参赛注意事项
（1）8月12日8:00竞赛正式开始。
本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。
（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。
（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。
（4）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。
（5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队
取消评审资格。
（6）8月15日20:00竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。
【本科组】
一、任务
设计并制作用于电池储能装置的双向DC-DC变换器，实现电池的充放电功能，功能可由按键设定，亦可自动转换。
系统结构如图1所示，图中除直流稳压电源外，其他器件均需自备。
电池组由5节18650型、容量2000~3000mAh的锂离子电池串联组成。
所用电阻阻值误差的绝对值不大于5%。
图1 电池储能装置结构框图
二、要求
1．基本要求
接通S1、S3，断开S2，将装置设定为充电模式。
（1）U2=30V条件下，实现对电池恒流充电。
充电电流I1在1~2A范围内步进可调，步进值不大于0.1A，电流控制精度不低于5%。
（2）设定I1=2A，调整直流稳压电源输出电压，使U2在24~36V范围内变化时，要求充电电流I1的变化率不大于1%。
（3）设定I1=2A，在U2=30V条件下，变换器的效率
190%
η≥。
（4）测量并显示充电电流I1，在I1=1~2A范围内测量精度不低于2%。
（5）具有过充保护功能：设定I1=2A，当U1超过阈值U1th=24±0.5V时，停止充电。
2．发挥部分
（1）断开S 1、接通S 2，将装置设定为放电模式，保持U 2=30±0.5V ，此时变换器效率
295%η≥。
（2）接通S 1、S 2，断开S 3，调整直流稳压电源输出电压，使U s 在32~38V 范围内变化
时，双向DC-DC 电路能够自动转换工作模式并保持U 2=30±0.5V 。
（3）在满足要求的前提下简化结构、减轻重量，使双向DC-DC 变换器、测控电路与辅
助电源三部分的总重量不大于500g 。
（4）其他。
三、说明
1．要求采用带保护板的电池，使用前认真阅读所用电池的技术资料，学会估算电池的荷
电状态，保证电池全过程的使用安全。
2．电池组不需封装在作品内，测试时自行携带至测试场地；测试前电池初始状态由参赛
队员自定，测试过程中不允许更换电池。
2．基本要求（1）中的电流控制精度定义为110
ic 10
100%I I e I -=
⨯，其中I 1为实际电流、I 10
为设定值。
3. 基本要求（2）电流变化率的计算方法：设U 2=36V 时，充电电流值为I 11；U 2=30V 时，
充电电流值为I 1；U 2=24V 时，充电电流值为I 12，则1112
11
100%I I I S I -=
⨯。
4. DC-DC 变换器效率1
12100%P P η=
⨯、221
100%P P η=⨯，其中111P U I =⋅，222P U I =⋅。
5. 基本要求（5）的测试方法：在图1的A 、B 点之间串入滑线变阻器，使U 1增加。
6．辅助电源需自制或自备，可由直流稳压电源（U s 处）或工频电源（220V ）为其供电。
7．作品应能连续安全工作足够长时间，测试期间不能出现过热等故障。
8．制作时应合理设置测试点（参考图1），以方便测试；为方便测重，应能较方便的将
双向DC-DC 变换器、测控电路与辅助电源三部分与其他部分分开。
9．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结
果。
完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出，在附件中提供作品较清晰的照片。
.。