1、2015年全國大學生電子設計競賽雙向dc-dc變換器（a題）學號：1440720117呂剛2015年12月30日本設計主要由雙向dc-dc變換電路、測控顯示電路、輔助電源三部分構成，其中雙向dc-dc變換電路降壓部分采用xl4016開關降壓型dc-dc轉換芯片,最高轉換效率可達93%,升壓部分采用xl6019開關型升壓/降壓芯片，具有低紋波，輸入范圍廣，轉換效率高的特點。包流部分采用pwm控制原理，形成一個閉環回路，控制電流恒定，包壓部分完全由硬件控制，單片機輔助控制的方式。 以上部分確保系統滿足題目要求，實現恒流充電，包壓放電，過壓保護功能，并 且有著較高的轉換效率。在本次設計中包壓部分完全

2、有硬件控制，硬件自身形成一個閉環控制回路， 對電壓進行調節使其恒定題目要求的精度范圍。 單片機通過光耦電路的工作與停 止，包流部分由pwm調節占空比，使其恒流。關鍵字 電池充放電 升壓降壓 xl4016 xl6019 stm322一、系統方案 11、雙向dc-dc變換電路的論證與選擇 12、測量控制方案和輔助電源的論證與選擇 13、 控制方法的論證與選擇 1二、系統理論分析與計算 2三、電路與程序設計 31、電路的設計3(1)系統總體框圖32、程序的設計5(1)程序功能描述與設計思路 5(2)程序流程圖63 、程序流程圖 7四、測試儀器與數據分析 7附錄1:電路原理圖 9附錄2:源程序 10雙

3、向dc-dc變換器（a題）【本科組】一、系統方案本設計主要由雙向dc-dc變換電路、測控顯示電路、輔助電源三部分構成，其中 雙向dc-dc變換電路降壓部分采用xl4016開關降壓型dc-dc轉換芯片，最高轉換效 率可達93%,升壓部分采用xl6019開關型升壓/降壓芯片，具有低紋波，輸入范圍廣， 轉換效率高的特點。恒流部分采用pwm控制原理，形成一個閉環回路，控制電流恒定， 恒壓部分完全由硬件控制，單片機輔助控制的方式。以上部分確保系統滿足題目要求， 實現恒流充電，恒壓放電，過壓保護功能，并且有著較高的轉換效率。1、雙向dc-dc變換電路的論證與選擇方案1:由降壓斬波變換電路（即buck變換電

4、路）和升壓斬波變換電路（即 boost 電路）組成雙向dc-dc變換電路，分別各使用一個全控型器件 vt （igbt或mosfeet, 對輸入直流電源進行斬波控制通過調整全控型器件vt的控制信號占空比來調整輸出電壓。方案2:采用xl4016開關型降壓芯片和xl6019開關型升壓/降壓芯片構成升壓、 降壓電路具有低紋波，內助功率mosft有較高的輸入電壓范圍，內置過電流保護功能與 en引腳邏輯電平關斷功能。綜合以上兩種方案，考慮到時間的限制，選擇了比較容易實現的方案2。2、測量控制方案和輔助電源的論證與選擇由于瑞薩單片機開發套件數量有限，所以我們選擇了一款相對便宜，速度快，性價 比較高的stm3

5、2103v8t6作為控制器，顯示部分由于收到題目對作品重量的要求，選 擇了質量輕，分辨率較高的0.96寸oled屏幕顯示。由于市場上所售開關電源模塊的， 紋波大的因素，所以輔助電源選擇了一個較小的 9v變壓器，進行，整流濾波作為輔助 電源。3、控制方法的論證與選擇方案1:采用pwm調節占空比的方法控制降壓芯片的控制端， 達到控制恒流和控 制恒壓的目的，采用pwm調節軟件較為復雜，而且 pwm調節較為緩慢，軟件控制難 度大。方案2:恒壓部分完全有硬件控制，硬件自身形成一個閉環控制回路，對電壓進行 調節使其恒定題目要求的精度范圍。單片機通過光耦電路的工作與停止，恒流部分由 pwm調節占空比，使其恒

6、流。綜合以上兩種方案，選擇軟件較為簡單，硬件較為復雜的方案2。、系統理論分析與計算1、充電電路設計分析xl4016為核充電電路也就是一個降壓電路，并且要求是一個恒流源，本次競賽選取 心降壓芯片，具結構如圖所示。管腳定義如下典型應用電路如下11 5機七號axi4016mlll-l .n=l.23*(l+lglt|) lotrr-fl ittcoltiatklif/2 幫82.2放電電路設計分析xl6019是一款專為升壓、升降壓設計的單片集成電路，可工作在dc5vgj 40v輸入電壓范圍，低紋波，內置功率 mos xl6019內置固定頻率振蕩器與頻率補償電路，簡化 了電路設計。pwm空制環路可以調

7、節占空比從 090%d句線性變化。內置過電流保護功 能與 en腳邏輯電平關斷功能。典型應用電路如下vinli 47uh/5adi mbrd1045vixsw34xl6019512gndfbcin220uf/35vc11060r249. 9k1%r12. 7k1%c2 105colt 220uf/35vboost converter input 12v 22v output 24v / 1. 5a voct=l25*(ur2/r1)2.1 充電電路設計分析本次競賽選取xl4016為充電電路也就是一個降壓電路，并且要求是一個恒流源, 核心降壓芯片，具結構如圖所示。xl4di61wl-cl ittl

8、i 47ur/l2hc2 iftiill e4xl4016降壓模塊電路圖如下所示vi，47仙f；鈿一2.2 放電電路設計分析xl6019是一款專為升壓、升降壓設計的單片集成電路，可工作在dc5vgj 40v輸入電壓范圍，低紋波，內置功率 mos xl6019內置固定頻率振蕩器與頻率補償電路，簡化 了電路設計。pwm!制環路可以調節占空比從090應間線性變化。內置過電流保護功 能與 en腳邏輯電平關斷功能。典型應用電路如下vtnll 47uh/5adi mbrd1045vixsw 34 xl6q191gndfbcin 220uf/35vc1105r249, 9k1%r12. 7k 現c2105c

9、out 220uf/35vboost converter input 12v 22v output 24v / lr5a voltulmml+rz/rd三、電路與程序設計1、電路的設計(1)系統總體框圖輔助電源測控電路雙向dc-dc變換電路直流穩壓電源(圖 3-1)系統總體框圖如圖3-1所示，主要由輔助電源、測控電路、雙向 dc-dc變換電路等組 成，輔助電源為測控電路供電，測控電路用于檢測和控制雙向 dc-dc電路，以及電壓 電流的采集與控制。(2)降壓電路原理降壓電路采用xl4016型8a, 180khz, 40v, pwm降壓型直流對直流轉換器，最 大效率可達96%。輸出1.25v到36

10、v可調，8a恒定輸出電流能力。如下圖3-2所示為xl4016降壓部分電路圖，通過對 fb引腳的控制，可有效的實 現電流及電壓的控制。該轉換器外圍器件少，低紋波，調節簡單，內置短路保護功能。 pwm占空比0%到100%連續可調。(圖 3-2)(3)升壓電路原理圖升壓電路使用xl6019型220khz、60v、5a開關電流升壓/降壓型dc-dc轉換器。 可工作在dc5v到40v輸入電壓范圍，低紋波，內置功率 mos、xl6019內置固定頻 率振蕩器與頻率補償電路，簡化了電路設計。pwm控制環路可以調節占空比從090%之間線性變化。內置過流保護功能與 en腳邏輯電平關斷功能。使用單片機控制 en引

11、腳實現對升壓模塊開啟與關斷。(圖 3-3)(4)測控電路電路原理圖測控電路如圖3-4所示，通過電阻分壓濾波后，使用單片機 adc采樣，得到輸入、輸出電壓，以及電流和2.5v基準電壓，使用tl431產生2.5v基準電壓用于矯正。恒壓 恒流控制使用單片機輸出pwm,經濾波后使用lm358跟隨，增強驅動能力，同時可減 小輸入控制端的能量消耗。使用比較器比較設定值與輸出值，再控制芯片的工作狀態。(圖 3-4)ula.小七旺帶e* jc明愎更i jt.1* ij w 1 :卜唱-由以=刈 h/工 jlilg . idjt電源為減小高頻干擾，輔助電源使用 220v到9v普通變壓器，經整流濾波后使用 781

12、2 和ht7333分別輸出12v和3.3v電壓為lm358和單片機小系統板供電。2、程序的設計(1)程序功能描述與設計思路1、程序功能描述根據題目要求，軟件部分實現測量顯示，切換模式，充電過壓保護，控制調節系統2、程序設計思路(1)、首先進行，按鍵，oled各個內設初始化；(2)、進行按鍵掃描；(3)、判斷模式；(4)、進行pwm控制電流，讓輸出為橫流模式；(5)、掃描按鍵； (6)進行打開光耦，讓升壓模塊工作;3程序流程圖1、系統總框圖vin/vout2、程序流程圖系統啟動四、測試儀器與數據分析4.1測試儀器5位半數字萬用表，4位半萬用表4. 2測試數據與分析(1) u2=30驚件下對電池恒

13、流充電，電流i1在1-2a變化過程中測量值如下表:按按 鍵次數12345678910i1測量值(a)10.991.011.061.071.101.121.141.161.17 設定i1=2a,使u2在24-36v范圍內變化時，測量記錄i1的值。數據如下:u2(v)24252627282930313236 一i1 (a)1.991.981.981.991.971.981.991.962.011.99(3)設定i1=2a,在u2=30v測量u1, i2 ,計算效率。數據如下：當i1=2a, u2=30v寸，測得i2=1.47a, u1=20v由止匕計算效率為 97%(4)放電模式下，保持u2=30

14、v計算效率，數據如下：當 u2=30v時，i2=1.02a, u1=18.9v, i1=0.63a ,由此計算效率為 98%(5)使us在32-38v范圍內變化時u2記錄如下：us/v32333334353637u2/v29.729.8129.829.929.830.330.4 以上數據可以說明，本次設計的雙向 dcd囁換器，各項指標均在題設范圍內，是 符合要求的。附錄1:電路原理圖n ehnwut iout一即f且聚丫邛即fe f1加3c3.+ci4口 l：wt 31“1i.1 th k牌匚1ylm1h二:門戶二強ibducnar |jmckjt a jnh wt +用 & qut.bdt

15、dlt ：-dri3 ：!?j5l.loklubdor irdiff lu-!322三口需 4-r-joxdm-3 0er電卬的人希憚電浪盤計 與jajtffl電用西塘由壓力h* 血的博f晤事良膽王出1k7stn-ilkifer；認wrf yujpathd1廝以大二+flh所以w群和明解kn塔.百戰 岐j；岡一的彳英atb工toutnc nc ?g jni- m* 43ndl veencnc cxmm- dqt gndjvcc11“ 3二5亨 1131ju:】。13附錄2:源程序#include#include #include unsigned char readadc(unsigned c

16、har chl); /ad：樣，有返回值/da輸出/電壓采樣數據處理數碼管顯示輸出采樣電壓1/da輸出控制void dac(unsigned char data);void delay(unsigned char j);unsigned int datpro(void);void led(int g,int a);void out_ad_led();void da_out();sbit key_1 = p3a4;sbit key_2= p3a5;sbit duan=p2a6;sbit wei=p2a7;sbit in0 = p3a2;unsignedcharcodetable=0x3f,0x0

17、6,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d ,0x07,0x7f,0x6f,0x00;unsigned char num=102; /da數模輸出變量初始值int main() while(1)da_out();dac(num);out_ad_led(); 一 一void out_ad_led()/ 一 一led(1,datpro()/1000);led(2,datpro()%1000/100);led(3,datpro()%100/10);unsigned char readadc(unsigned char ch) / 讀取 ad 模數轉換的值，有返回值 unsigned cha

18、r data;start();寫入芯片地址send(addwr);ack();send(0x40|ch);寫入選擇的通道，本程序只用單端輸入，差分部分需要自 行添加/ch的值分別為0、1、2、3,分別代表1-4通道 ack()； start()； send(addrd);讀入地址ack()； data=read(); 讀數據 scl=0;noack(); stop()； return data; / 返回值 unsigned int datpro(void)/unsigned int dianyah,dianyal;unsigned int dianya=0;unsigned char x;f

19、or(x=0;x4;dianyal=dianya&0x0f;dianya=dianyal*20+dianyah*310;return(dianya);/void da_out() 一 if(key_1 = 0) delay(10); while(key_1 = 0); num=num - 1; if(key_2=0)一 delay(10); while(key_2=0); num=num + 1; void dac(unsigned char data)/start()； send(addwr); 寫入芯片地址 ack()；send(0x40); 寫入控制位，使能 dac輸出 ack()； s

20、end(data); 寫數據 ack()； stop()； void led(int g,int a)/ if(g=1) p0 = 0xfe ;wei = 1;wei = 0;p0 = tablea;duan = 1;delay(2); duan = 0; if(g=2) p0 = 0xfd ; wei = 1; wei = 0; p0 = tablea0x80; duan = 1; delay(2);duan = 0; if(g=3) p0 = 0xfb ; wei = 1; wei = 0; p0 = tablea; duan = 1; delay(2);duan = 0;p0 = 0xf

21、7 ;wei = 1;wei = 0;p0 = 0x3e;duan = 1;duan = 0;void delay(unsigned char j)/unsigned int i;for(;j0;j-)for(i=0;i125;i+);#include #define addwr 0x90寫數據地址#define addrd 0x91讀數據地址sbit rst=p2a4;關掉時鐘芯片輸出sbit sda=p2 a0;定義總線連接端口sbit scl=p2a1;時鐘信號void start(void) 啟動 iic 總線 sda=1;_nop_();scl=1;_nop_();sda=0;_nop_();scl=0