本文主要探讨用于电池储能的双向DC-DC变换器,实现电池的充放电过程。此变换器具备升降压双向变换功能,能量能从直流稳压电源流入电池组中,同时也能从电池组经过同样的结构输出值负载。其结构包括双向DCDC主拓扑,电流电压检测电路,基于IR2104的驱动电路,以及DSP接受电流电压反馈并进行PI计算后输出相应自带死区的PWM信号的控制电路。依据设计方案制作了样机,实验结果证明样机能实现电池充放电,满足设计指标要求

黄要然

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电子技术 • Electronic Technology100 • 电子技术与软件工程  Electronic Technology & Software Engineering【关键词】双向 DCDC PI 控制 DSP1 DC-DC变换器的总体结构本文设计了一个基于数字信号系统的双向 DC-DC 变换器电源，它有两个端口，一端接锂电池，另一端可接直流稳压电源或者负载，当另一端接 30~40V 电源时，可使锂电池端恒流充电充至 24V 停止，当另一端是负载时，可切换 DSP 的工作模式，使锂电池端变为供电端，开始给负载以 30V 恒压供电。该 双 向 DC-DC 变 换 器 包 括 BUCK/BOOST 主电路、测量电路、控制电路、驱动电路、辅助电源电路、保护电路等部分。测量电路包括电流电压采样；采用单片机控制电路；由 IR2110 驱动开关导通关断；保护电路是 16850 锂电池的过充保护。2 双向DC-DC变换器主电路设计如图 1 所示，在此拓扑中，当我们从左往右看，这是一个升压拓扑。当我们从右往左看，这是一个降压拓扑。令锂电池端为 U1，另一端为 U2，我们可以认为：BOOST 电路：UOUT=D•UINBUCK 电路：UIN=（1-D）•UOUT器件选择：2.1 升降压电感的选择L≥max[Us•D(1-D)/fs•Imax]≈220μH2.2 升降压电容的选择电容需滤除电路中的谐波分量并且电容工作频率较高，选择的电容 C 要足够大。因此选用大容量 4700μF 铝电解电容。基于 tms320f28027 的双向 DC-DC 变换器制作文/黄要然本文主要探讨用于电池储能的双向 DC-DC 变换器，实现电池的充放电过程。此变换器具备升降压双向变换功能，能量能从直流稳压电源流入电池组中，同时也能从电池组经过同样的结构输出值负载。其结构包括双向 DCDC主拓扑，电流电压检测电路，基于 IR2104 的驱动电路，以及 DSP接受电流电压反馈并进行 PI 计算后输出相应自带死区的 PWM 信号的控制电路。依据设计方案制作了样机，实验结果证明样机能实现电池充放电，满足设计指标要求。摘  要2.3 MOSFET选择电 路 中 MOSFET 承 受 的 峰 值 电 压 为38V，考虑 2-3 倍的电压裕量，开关管的额定电压至少为 76V。电路上的最大平均电流为 2A，考虑到MOSFET 所承受的峰值电流和 2-3 倍的电流裕量，开关管的额定电流至少为 5A。3 驱动电路设计采用经典 IR2104 的典型应用电路。驱动电路采用 IR2104 芯片，其目的在于可将单片机输入的 PWM 信号分成两路互补的 PWM 信号，并根据芯片工作电压 12V将 PWM 波放大至高电平 12V 低电平 0V，使MOS 管导通关断。4 控制电路设计使用 C2000 F28027 单片机采集输出电压电流信号，经过 PI 调节计算出每一瞬时的占空比，修改 CMPA 的数值，经过 HIN 端口输出单路 PWM 波形到驱动电路，由驱动电路进行部分反向，PWM1，PWM2 端口输出两路互补并且有死区控制的两路 PWM 波，并分别到两个 MOS 管上，对电路进行控制。5 测量电路设计5.1 检流模块此模块用两个 INA282 芯片分别检测电流，它可将检测到的 IN+ 和 IN- 之间的电压放大 50 倍输出，所以利用单片机的 ADC 模块检测 INA282的输出电压即可计算出实际电流值。5.2 检压模块F28027 单片机最大检测电流为 3.3V，电路输入端最大电压约为 38V，使用 10k 和120k 的电阻串联，通过单片机串口检测 10k电阻两端电压大小，将测量值乘以 13 倍则得到输入端电压。输出端最大电压 36V，使用 100k 和 10k电阻串联，通过单片机串口检测 10k 电阻两端电压大小，将测量值乘以 11 倍则得到输出端电压。6 PI调节本文的设计方案中 m 调制比为控制量。对于 PID 调节： 其中 e（k）是输出电压与设定的电压的偏差。Kp 能迅速反应误差从而减少误差；Kl 适用于积分控制，用于消除误差；KD 可以减少超调量，克服振荡，使系统稳定性提高，加快系统的动态响应速度，减少调整时间。本文中仅采用 PI 调节，即 KD 为 0。7 控制系统软件设计主程序流程图如图 2 所示。8 PCB印刷电路板设计尽量满足整块电路板重量轻便要求，电阻电容采用 0805 贴片封装，一部分芯片采用贴<< 下转 101 页图 1：BUCK/BOOST 双向变换器电路图 2：主程序流程图Electronic Technology • 电子技术Electronic Technology & Software Engineering   电子技术与软件工程 • 101【关键词】电子仪器仪表 设备 计量管理 维修社会经济的发展，使得电子仪器仪表也在不同的生产生活区域得以扩大，并得到广泛的认可。为了更好的促进电子仪器仪表行业发展，需提升计量准确性和安全性，对其展开科学管理和维修，从而加强我国电子仪器仪表应有的核心竞争力。在发展过程中，计量仪器仪表逐渐迈向多元化发展道路，各个方面的技术也得以提升，出现了大疲劳计量设备，为企业提供了方便。全方位发挥在市场中的积极作用，取得更多的支持。电子仪器仪表设备计量管理与维修文/熊学敏本文详细描述了我国电子仪器仪表行业的发展情况，并进一步分析了电子仪器仪表设备管理维修的必要性，和相关措施，希望能提高我国电子仪器仪表设备管理质量，提高维修实效性。摘  要1 电子仪器仪表发展情况在我国，电子仪器仪表发展较为滞后，不管是站在测量技术方面，还是计量精度方面，都具有约束性。随着种类少、外形没有创新等问题的出现，产质量和稳定性与世界相比较，存在较为明显的差距。加之我国电子仪器仪表发展落后，研究力度较小，生产企业对经营中的产品质量提高不起重视。所以，我国电子仪器仪表生产合理率一直都不高，维修方面也非常高，这都制约了我国电子仪器仪表发展。2 增强电子仪器仪表设备管理维修的必要性当前，我国电子仪器仪表技术在慢慢发展，然而，和国际先进水平相比较，电子仪器仪表技术依然在较低的发展水平。部分计量仪器在测量精度上需进一步提升。仪器种类较少，仪器设备外观在美观度上不充足。此外，我国计量仪器在精确和稳定性方面都滞后于国际水平。因此，发展计量仪器时，应更好的提升仪器仪表精确性，使其可以稳定发展。从整体分析我国电子仪器仪表发展特点，可以了解到，我国计量仪器发展速度相对较慢，研究开发技术需进一步提升，在工艺研究方面依然处在低水平。对于仪器基础用件和普通用件，都会存在质量不高的问题。另外，基于当前对电子仪器仪表发展投入较少，需提高重视度，由于未能形成优良的管理模式，造成电子仪器仪表质量得不到提升，维修率上非常高，对电子产业高速发展没有任何帮助。3 增加电子仪器仪表设备管理维修措施3.1 加强仪器计量流程管理从整体分析仪器计量管理，可以进一步了解到，计量仪器设备在维修管理上涵盖如下内容：（1）科学有效的选择计量设备，实施科学化选择。（2）对计量设备详细的型号实施科学选择，将采购工作做完善。（3）对计量设备实施规范化的入库验收，片封装，不可更换的大容量电容和电感占据大部分重量。本电路板采用双面板设计，并区分数字地与模拟地，尽量采用单点接地减小回路面积，避免产生干扰引起误差，出现尖峰电压。9 测试结果电池储能装置结构框图如图 3 所示。能实现：接通 S1、S3，断开 S2（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。（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，充电电流 I1 的变化率不大于 1%。断开 S1、接通 S2保持 U2=30V，此时变化器效率 η 大于95%。接通 S1、S2，断开 S3调整直流稳压电源输出电压，使 Us 在32-38V 范围内变化时，双向 DCDC 电路能够自动转换工作模式并保持 U2=30V。10 结语本文设计的双向 DCDC 变换器主要包含包括 BUCK/BOOST 主电路、测量电路、控制电路、驱动电路、辅助电源电路、PWM 控制策略、PI 调节算法。整机系统测试结果证实了本文设计方案的有效性，样机在输出电压波形、输出电压稳定精度均能达到设计指标。参考文献[1] 周鹏飞 . 基于 DSP 的数字逆变电源研究[D]. 安徽工程大学 ,2015.[2] 宋伟 . 基于 DSP 的单相逆变器并联控制技术研究 [D]. 西南交通大学 ,2010.[3] 杨金辉 . 数字化 PWM 逆变系统控制关键技术研究及其应用 [D]. 湖南大学 ,2010.[4] 程星 . 基于 tms320f28027 的逆变电源设计 [D]. 厦门大学 ,2018.作者简介黄要然（1998-），男，福建省厦门市人。大学本科学历。研究方向为开关电源电路、微电子。作者单位厦门大学  福建省厦门市  361000图 3：电池储能装置结构框图<< 上接 100 页

基于tms320f28027的双向DC-DC变换器制作

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