基于單片機(jī)控制的DC-DC變換電路

1、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1、方案設(shè)計(jì)

本方案采用單片機(jī)為主設(shè)計(jì)測(cè)控電路。通過(guò)對(duì)DC-DC直流轉(zhuǎn)換器輸出電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)鍵盤(pán)輸入輸出電流設(shè)定信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)輸出PWM信號(hào)與LM358比較器形成比較電壓，電流反饋閉環(huán)電路，從而對(duì)LM2596芯片進(jìn)行控制，控制buck電路的接通關(guān)斷，以保證DC-DC的變換。升壓部分直接由LM2577電路控制穩(wěn)壓其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.2、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用LM2577和LM2596設(shè)計(jì)升壓電路和降壓電路。buck電路配合測(cè)控電路使用效果好，成本也很低，電路圖也容易焊接調(diào)試。利用單片機(jī)構(gòu)成測(cè)控電路，使得我們能夠更加方便的使用鍵盤(pán)來(lái)控制轉(zhuǎn)換器輸出的電壓電流，通過(guò)主電路的反饋端來(lái)檢測(cè)電流并采樣從而調(diào)整PWM來(lái)達(dá)到控制輸出和過(guò)流保護(hù)的功能。單片機(jī)的測(cè)控電路更加簡(jiǎn)單，所使用的元器件更少，控制更加方便，所以采用該方案。

1.2.1、升壓系統(tǒng)

DC-DC電池組放電情況下，以boost升壓電路為核心電路。精髓在于作為開(kāi)關(guān)的LM2577芯片。該芯片工作時(shí)4、5引腳接通對(duì)L1電感充電，4、5引腳關(guān)閉電感L1緩慢為電容充電。通過(guò)4、5引腳的開(kāi)通和關(guān)斷，使得輸出端升壓。同時(shí)2引腳是輸出反饋端，使得輸出電壓穩(wěn)定不發(fā)生變化，即起到穩(wěn)壓作用。

1.2.2、降壓系統(tǒng)

DC-DC轉(zhuǎn)換器為電池組充電情況下，是以buck降壓電路為核心電路。精髓在于作為電路開(kāi)關(guān)的LM2596芯片。該電路工作時(shí)，2引腳打開(kāi)對(duì)L2電感電容C充電儲(chǔ)能，2引腳關(guān)斷時(shí)電感與電容緩慢放電維持電壓。LM2596芯片4引腳穩(wěn)壓反饋輸入端，并通過(guò)電阻R4與R5分壓反饋給4引腳穩(wěn)定輸出電壓。通過(guò)采樣電阻檢測(cè)充電電流并通過(guò)LM358比較器采集并與飛思卡爾單片機(jī)產(chǎn)生的電流PWM信號(hào)進(jìn)行比較，進(jìn)而控制充電電流可調(diào)。

1.3、系統(tǒng)流程圖

如圖1、圖2所示。

2、理論分析與計(jì)算公式

3、測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果

3.1、測(cè)試方案

3.1.1、硬件調(diào)試

(1)測(cè)試輸入20V電壓在升壓模塊(帶負(fù)載)，調(diào)節(jié)電位器使其輸出精確到30V。

(2)測(cè)試輸入30V直流電壓在降壓模塊中，并利用可調(diào)模擬電壓輸入電流PWM測(cè)試是否充電電流可調(diào)。

(3)輸出模擬短路狀態(tài)下，看是否均有保護(hù)電路的功能，當(dāng)排除短路條件后系統(tǒng)是否能夠恢復(fù)充電功能。第四步，分別測(cè)試電池組充電和放電兩種狀態(tài)的輸出電壓電流。

3.1.2、軟件調(diào)試

(1)通過(guò)飛思卡爾單片機(jī)編寫(xiě)AD功能程序，用5位半電壓表測(cè)試AD電壓值輸出數(shù)據(jù)。

(2)測(cè)試鍵盤(pán)功能，確保按鍵按下時(shí)，輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、鍵盤(pán)功能可靠。

3.2、測(cè)試結(jié)果及分析

充電時(shí)效率：第一次96.6%，第二次96.1%，第三次96.8%。

放電時(shí)效率：第一次91.1%，第二次91.8%，第三次92.0%。

4、結(jié)果分析

基本要求：接通S1、S2，斷開(kāi)S3，將裝置設(shè)為充電模式。

(1)U2=30V條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池恒流充電。充電電流I1在1-2A范圍內(nèi)步進(jìn)可調(diào)，步進(jìn)值不大于0.1A，電流控制精度不低于5%。

(2)設(shè)定I1=2A，調(diào)整直流穩(wěn)壓電源輸出電壓，使U2在24-36V范圍內(nèi)變化時(shí)，要求充電電流I1的變化率不大于1%

(3)設(shè)定I1=2A，在U2=30V條件下，變換器的效率》=90%。

(4)測(cè)量并顯示充電電流I1，在I1=1-2A范圍內(nèi)測(cè)量精度不低于2%。

發(fā)揮部分：

1)斷開(kāi)S1、接通S2，將裝置設(shè)定為放點(diǎn)模式，保持U2=30±0.5V，此時(shí)變換器效率。

2)接通S1、S2，斷開(kāi)S3，調(diào)整直流穩(wěn)壓電源輸出電壓，使Us在32-38V范圍內(nèi)變化時(shí)，雙向DC-DC電路能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作模式并保持U2=30±0.5V。

3)雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器、測(cè)控電路與輔助電源三部分的總重量不大于500g。