DC-DC变换器的电流控制方式
DC-DC输出可调开关电源设计说明书
DC-DC输出可调开关电源摘要本系统为DC-DC升降压变换器，由CPU最小系统模块、供电模块、升压模块、降压模块、液晶显示模块和辅助电路六部分组成。
选用SMT32F103作为主控制器，采用降压芯片LM2596-ADJ作为实现降压，将AD采集的输出电压和电流与预设值比较，然后通过DA调节输出电压电流，对于降压模式的下恒流或恒压工作状态也可通过按键进行切换，同时调节按键可实现输出电压或电流大小的变换；升压模块采用了LM2577-ADJ，手动滑动变阻器的阻值可调节输出电压；加入液晶显示系统工作模式和输出电压、电流；对于升降压的切换也可通过按键切换；供电电源提供了3.3V和12V，分别为CPU、液晶和运放偏置供电；辅助电路方便开发者的调试。
最终系统能够在手动切换工作模式的情况下输出预设的电压和电流，并显示出来。
关键词：DC-DC 升降压可调abstractThe system for the DC-DC buck converter, the minimum system CPU module, power supply module, boost module, step-down module, LCD display module and the auxiliary circuit six parts. SMT32F103 chosen as the main controller, buck chip LM2596-ADJ as enabling buck, the AD acquisition of output voltage and current compared with the preset value, then adjust the output voltage and current through the DA, the constant current mode buck or constant work status can also be switched through the button while adjusting key enables the size of the output voltage or current transformation; step-up module uses the LM2577-ADJ, manual sliding rheostat resistance adjustable output voltage; added liquid crystal display system working mode and the output voltage and current; the buck switch can also be switched by key; providing a 3.3V power supply and 12V, respectively, CPU, LCD bias supply and the op amp; facilitate the development of the secondary circuit debugging. Final system can output a preset voltage and current in the case of manual operating mode switch, and displayed.Key words：DC-DC Boosted、Reduce voltage Adjustable目录第一章绪论 (1)1.1 开关电源概述 (1)1.2 开关电源与线性电源比较 (1)1.3 开关电源发展趋势与应用 (1)第二章系统功能介绍 (2)第三章系统方案选取与框图 (3)3.1 系统整体框图 (3)3.2 系统方案选取 (3)第四章硬件电路设计 (6)4.1 主控制器 (6)4.2 供电模块 (7)4.3 降压模块电路设计 (8)4.4 升压模块电路设计 (10)4.5 液晶显示电路 (13)五硬件开发环境 (14)5.1 Altium Designer 09 (14)5.2 电源设计软件SwitchPro (14)5.3 电路板雕刻机LPKF ProtoMat E33 (15)675.4 电镀机LPKF MiniLPS (17)5.5 SMD精密无铅回焊炉ZB-2518H (17)第六章软件设计框图 (20)第七章系统调试 (21)参考文献 (22)总结致谢 (23)附录 (24)第一章绪论1.1 开关电源概述我们身边使用的任何一款电子设备都离不开它可靠的电源，计算机电源全面实现开关电源化于80年代，并率先完成计算机的电源更新换代，进入90年代，开关电源开始进入各种电子、电气设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已大面积使用了开关电源，更加促进了开关电源技术的迅猛发展。
双向DCDC变换器的研究
双向DCDC变换器的研究一、本文概述随着能源科技的不断进步和可再生能源的日益普及，电力电子技术在能源转换和管理中发挥着越来越重要的作用。
双向DC-DC变换器作为一种重要的电力电子设备，具有在宽范围内调节电压、实现能量的双向流动以及高效率的能量转换等特点，因此在电动汽车、储能系统、微电网等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在对双向DC-DC变换器进行深入研究，分析其工作原理、拓扑结构、控制策略以及优化方法，以期为该领域的发展提供理论支持和实践指导。
本文将介绍双向DC-DC变换器的基本概念和分类，阐述其在不同应用场景中的重要作用。
接着，将重点分析几种典型的双向DC-DC变换器拓扑结构，包括其工作原理、性能特点以及适用场景。
在此基础上，本文将探讨双向DC-DC变换器的控制策略，包括传统的控制方法和现代的控制算法，分析各自的优缺点，并提出改进和优化方法。
本文还将关注双向DC-DC变换器的效率优化问题，研究如何通过降低损耗、提高转换效率来实现更高效的能量转换。
还将探讨双向DC-DC 变换器在实际应用中面临的挑战和问题，如电磁干扰、热管理、可靠性等，并提出相应的解决方案。
本文将总结双向DC-DC变换器的研究现状和发展趋势，展望未来的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，期望能够为双向DC-DC变换器的设计、优化和应用提供有益的参考和启示。
二、双向DCDC变换器的基本原理与结构双向DC-DC变换器，又称为双向直流转换器或可逆DC-DC变换器，是一种特殊的电力电子装置，它能够在两个方向上进行电压和电流的转换。
这种转换器不仅可以像传统的DC-DC变换器那样将一个直流电压转换为另一个直流电压，而且还可以在两个方向上进行这种转换，即既可以实现升压也可以实现降压。
双向DC-DC变换器的基本原理基于电力电子转换技术，主要利用开关管和相应的控制策略，实现电源和负载之间的能量转换。
其核心部分包括开关管、滤波器、变压器以及相应的控制电路。
pfc原理.
功率因数校正原理功率因数定义及影响功率因数的因素PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与视在功率之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。
在电工原理中，线性电路的功率因数PF(Power Factor)习惯定义为cosφ，φ是正弦电压和正弦电流间的相角差。
但是在整流滤波电路中，由于整流器件的非线性和电容的储能作用。
即使输入电压为正弦，电流却发生了严重的畸变 ,因此，线性电路中的PF定义不能适应用于AC/DC变换电路在AC/DC变换电路中，忽略考虑谐波电流的二次效应，输入电压为正弦，输入电流为非正弦，这里电流有效值为：式中，是第n次谐波的有效值功率因数可以分为失真因子和位移因子电压和电流波形之间的相位移动量可以由输人感抗和容抗的无功实质来说明。
在一个纯阻抗负载中，电压和电流是同相位的正弦波，实际功率等于视在功率，PF=1。
通常，衡量电流波形畸变采用总谐波畸变（Total Harmonic Distortion，THD），其定义为：基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。
导致功率因数降低的原因有两个:一个是线路电压与电流之间的相位角ψ;另一个是电流或电压的波形失真。
功率因数校正PFC分类PFC分无源和有源两种类型，目前流行的是有源PFC技术1. 无源PFC无源PFC技术采用体积庞大的电感、电容滤波器来提高功率因数，它难以实现功率因数PF=1.0的单位功率因数校正目标。
例如很多家用电器（如排风扇、抽油烟机等）和电气设备是有电抗的阻抗负载，存在着电压与电流之间的相位角ψ。
这类电感性负载的功率因数都较低（一般为0.5~0.6），说明交流（AC）电压设备的额定容量不能充分利用，输出大量的无功功率，致使输电效率降低。
为提高负载功率因数，往往采取补偿措施。
最简单的方法是在电感性负载两端并联电容器，这种方法称为并联补偿。
4.MPPT控制器及DC-DC变换器
第四章 DC/DC 变换器及MPPT 控制器光伏电池造价高, 转换效率低, 为了最大限度地利用太阳能发电, 采用最大功率点跟踪技术(maximum power point tracking, MPPT)。
一般采用DC/DC 变换器作为光伏最大功率跟踪控制器。
随着光伏发电系统的不断发展, 装机容量不断提高, DC/DC 变换器的功率等级也随之提升。
4.1 DC/DC 变换器DC/DC 变换是将固定的直流电压变成可变的直流电压，也称为直流斩波。
斩波器的工作方式有两种，一种是脉宽调制方式，Ts 不变，改变ton 。
二是频率调制，其包括：（1）Buck 电路---降压斩波器，其平均输出电压U o 小于输入电压U i ，极性相同。
（2）Boost 电路---升压斩波器，其平均输出电压U o 大于输入电压U i ，极性相同。
（3）Buck-Boost 电路---降压或升压斩波器，其平均输出电压U o 大于或小于输入电压U i ，极性相反，电感传输。
（4）Cuk 电路---降压或升压斩波器，其平均输出电压U o 大于或小于输入电压U i ，极性相反，电容传输。
4.1.1 Buck 电路---降压斩波电路图4-1 Buck 降压斩波电路图4-1所示为降压式变换电路，其输出电压平均值V 。
总是小于输入电压V in 。
为在开关Q 关断时给负载中的电感电流提供通道，图中设置了续流二极管D 。
当开关Q 导通时，电源V in 向负载供电，电流流经电感L ，一部分向电容充电，另一部分流向负载，此时电路输出电压为V 0;当开关Q 关断时，电容放电，电流经二极管D 续流，二极管两端电压近似为零。
通过电感的电流I L 是否连续，取决于开关频率、滤波电感L 和电容C 的数值，通常串接L 值较大的电感。
当 电路工作于稳态时，输出电压平均值为:V 0=ton Vin V in =DV in其中，D=Ton Toff =Ton T , 0<D<1,称为占空比。
DCDC电路转换原理(含计算方式)
；m EM / E
；t1
/
t1 T
T
。由图3-1b可知，I10和I20
分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。
把式（3-9）和式（3-10）用泰勒级数近似（即ρ趋于零，即L趋于无穷大，e－ρ用等
价无穷小代替），可得
I10
I 20
- mE
R
Io
电流断续时u被抬高电机机械特性变软一般不希望出现图31降压斩波电路的原理图及波形a电路图b电流连续时的波形c电流断续时的波形311降压斩波电路第三章斩波电路三种控制方式根据对输出电压平均值进行调制的方式不同而划分不变变t频率调制图31降压斩波电路的原理图及波形a电路图b电流连续时的波形c电流断续时的波形基于分段线性的思想对降压斩波电路进行解析
3.1.1 降压斩波电路
斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机， 也可带蓄电池负载，两种情况下负载中均会出 现反电动势，如图中EM所示 。
降压斩波电路工作原理 t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负 载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升； t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD 续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指 数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小 通常使串接的电感L值较大 。 也称为Buck变换器
m E R
Uo - Em R
（3-19）第三章 第 21 页
3.1.2 升压斩波电路
升压斩波电路工作原理（boost变换器）
L
VD
假设L值很大，C值也很大；
i1
io
E
V
C
uo R
V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同
双向DCDC变换器的设计与研究
双向DCDC变换器的设计与研究一、本文概述随着电力电子技术的飞速发展，双向DC-DC变换器作为一种高效、灵活的电能转换装置，在电动汽车、可再生能源系统、微电网等领域得到了广泛应用。
本文旨在全面介绍双向DC-DC变换器的设计原理、关键技术以及最新研究进展，以期为相关领域的科研人员和工程师提供有益的参考和启示。
本文将首先概述双向DC-DC变换器的基本原理和分类，包括其拓扑结构、控制方式和工作原理等。
在此基础上，重点探讨双向DC-DC 变换器的关键设计技术，如高效率转换技术、宽输入电压范围技术、快速动态响应技术等。
同时，分析双向DC-DC变换器在实际应用中面临的挑战和解决方案，如电磁干扰、热设计、可靠性等问题。
本文还将综述近年来双向DC-DC变换器的研究热点和发展趋势，包括新型拓扑结构、智能化控制策略、高效散热技术等方面的研究进展。
通过对这些研究内容的深入分析和总结，旨在为未来双向DC-DC 变换器的设计优化和应用拓展提供有益的思路和方向。
本文还将对双向DC-DC变换器的未来发展趋势进行展望，以期推动该领域的技术进步和应用发展。
二、双向DCDC变换器的基本原理与分类双向DCDC变换器是一种能量转换装置，能够在两个不同电压等级之间实现电能的双向流动。
其基本原理和分类对于深入理解和应用该变换器具有重要意义。
双向DCDC变换器的基本工作原理基于电能的转换和传递。
它通过控制开关管的通断，将输入端的直流电能转换为高频交流电能，再通过滤波电路将其转换为输出端的直流电能。
在这个过程中，变换器不仅实现了电能的电压变换，还实现了电能的双向流动。
当变换器工作于正向模式时，它从低压侧吸收电能，经过变换后向高压侧输出电能；当变换器工作于反向模式时，它从高压侧吸收电能，经过变换后向低压侧输出电能。
这种双向流动的特性使得双向DCDC变换器在能量管理、储能系统、电动汽车等领域具有广泛的应用前景。
根据不同的分类标准，双向DCDC变换器可以分为多种类型。
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)前言当您电池的最后一焦耳电能被耗尽时，功耗和效率就将真正呈现出新含义。
以一款典型的手机为例，即使没有用手机打电话，LCD屏幕亮起、显示时间及正在使用的网络运营商等任务也会消耗电力。
第5章 直流-直流开关型变换器 习题答案
第5章 直流-直流开关型变换器 习题第1部分：简答题1.开关器件的导通占空比是如何定义的？直流－直流开关型变换器有哪几种控制方式，各有何特点？其中哪种控制方式最常用，为什么？答：导通占空比被定义为开关期间的导通时间占工作周期的比值，即 onst D T， 直流－直流开关型变换器有三种控制方式：1）脉冲宽度调制PWM ，特点为：周期不变，通过改变导通时间来调节占空比。
2）脉冲频率调制PFM ，特点为：导通时间不变，通过改变周期来调节占空比。
3）混合型调制，特点为：导通时间和周期均可改变，来调节占空比。
其中PWM 最常用，因为载波（开关）频率恒定，滤波器设计较容易，且有利于限制器件的开关损耗。
2.画出带LC 滤波的BUCK 电路结构图。
并回答下列问题：实用的BUCK 电路中为什么要采用低通滤波器？为什么要接入续流二极管？设计滤波器时，滤波器的转折频率应如何选取，为什么？答：带LC 滤波的BUCK 电路结构图如下：1）实用Buck 电路采用低通滤波器可以滤除高次谐波，使输出电压更接近直流。
2）续流二极管的作用是：当开关VT 断开时，构成续流回路，释放电感储能。
3）滤波器的转折频率fc 应远小于开关频率fs ，以滤除输出电压中的高次谐波。
3.画出BOOST电路结构图，并简述BOOST电路中二极管和电容的作用。
答：BOOST电路结构图如下：二极管的作用：规定电流方向，隔离输出电压。
电容的作用：在开关断开期间，保持负载电压。
4.简述稳态电路中电感和电容上电压、电流的特点，并分析其物理意义。
答：1）稳态时，电感上的电压在1个周期上平均值为零，即伏秒平衡。
物理意义是: 稳态时电感中磁通在1个周期内净变化量为零。
2)稳态时，电容上的电流在1个周期上平均值为零，即安秒平衡。
物理意义是：稳态时电容上电荷在1个周期内净变化量为零。
5.为什么BUCK电路可以看作是直流降压变压器，而BOOST电路可以看作是直流升压变压器？这种变换器与真正的变压器相比有何异同之处？答：1）因为在连续导通模式下，Buck和BOOST电路都可以通过调节占空比D,使变压比Uo/Ud在0～1和大于1的范围内连续调节，因此从变压角度看，可将它们视为直流降压变压器和升压变压器。
基于单片机控制的DC—DC变换电路
基于单片机控制的DC—DC变换电路作者：李继强等来源：《电子技术与软件工程》2015年第22期摘要针对2015年全国大学生电子设计竞赛A题，本设计采用LM2577和LM2596分别实现系统升压和降压，采用单片机产生的PWM信号来调节降压电路实现给电池组恒流充电时电流的控制。
为了使得输出稳定，对输出进行测量，通过软件调节算法得到PWM的占空比，输出给LM358比较器，形成闭环控制。
LM2577和LM2596芯片均有过流保护的功能。
【关键词】双向DC-DC变换 LM2577 LM2596 单片机控制1 系统方案设计1.1 方案设计本方案采用单片机为主设计测控电路。
通过对DC-DC直流转换器输出电流进行监测，通过键盘输入输出电流设定信号，通过单片机输出PWM信号与LM358比较器形成比较电压，电流反馈闭环电路，从而对LM2596芯片进行控制，控制buck电路的接通关断，以保证DC-DC的变换。
升压部分直接由LM2577电路控制稳压其结构图如图1所示。
1.2 控制系统设计采用LM2577和LM2596设计升压电路和降压电路。
buck电路配合测控电路使用效果好，成本也很低，电路图也容易焊接调试。
利用单片机构成测控电路，使得我们能够更加方便的使用键盘来控制转换器输出的电压电流，通过主电路的反馈端来检测电流并采样从而调整PWM 来达到控制输出和过流保护的功能。
单片机的测控电路更加简单，所使用的元器件更少，控制更加方便，所以采用该方案。
1.2.1 升压系统DC-DC电池组放电情况下，以boost升压电路为核心电路。
精髓在于作为开关的LM2577芯片。
该芯片工作时4、5引脚接通对L1电感充电，4、5引脚关闭电感L1缓慢为电容充电。
通过4、5引脚的开通和关断，使得输出端升压。
同时2引脚是输出反馈端，使得输出电压稳定不发生变化，即起到稳压作用。
1.2.2 降压系统DC-DC转换器为电池组充电情况下，是以buck降压电路为核心电路。
双向DCDC变换器的控制方法研究与设计
大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者（签字）： 日期： 年 月 日 导师（签字）： 年 月 日
万方数据
双向 DC/DC 变换器的控制方法研究与设计
摘
Hale Waihona Puke 要随着人类文明的发展和科学技术水平的进步，现代社会对电能的需求比以往任何时 候都更加迫切。在一些应用场合，要求 DC/DC 变换器具有双向电能流动的能力。双向 变换器在电力驱动、分布式能源、智能充放电、可再生能源、交通、航空航天、工业控 制等领域得到了广泛的应用 。在输入输出电压极性不变的情况下，双向 DC/DC 变换器 可以使电流的方向发生改变。目的在于要使电能从输入端输送到输出端，也能使电能从 输出端输送到输入端。在电路结构上，只要有能量的反向流通回路，就可以实现电能的 双向流动。 本文在进行大量阅读比较，理论研究的基础上，通过对比分析研究典型的双向 DC/DC 变换器的拓扑结构，选用双向全桥直流变换器作为研究对象，分析了该变换器 原理及实现软开关的条件，根据课题性能指标的要求，设计了电路的主要参数，包括开 关管选取、变压器、电容、电感等参数设计。经过对比研究全桥变换器典型控制策略， 选用滑模变结构控制作为该变换器的控制方法，对滑模面的设计、滑模参数的选取等问 题进行了研究。基于 Saber 仿真软件，建立了双向 DC/DC 变换器的滑模变结构控制仿 真模型，验证了当参数波动时滑模控制对外界参数变化的不敏感性，分别验证当输入电 压波动和负载波动时系统的抗干扰性。分别采用移相控制策略和重复导通控制策略建立 了主电路充放电模式等效电路模型。 最后，为了验证理论分析的正确性，控制方案及参数设计的正确合理性，以 IGBT 为开关器件，FPGA 作为控制芯片，搭建了一个功率等级为 1000W 实验平台，并在此基 础上进行实验分析研究。 关键词：双向 DC/DC 变换器；滑模控制；Saber 仿真；软开关