基于单片机控制的DC-DC变换电路

控制/MCU

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描述

  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。

 LM2596

  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。精髓在于作为电路开关的LM2596芯片。该电路工作时,2引脚打开对L2电感电容C充电储能,2引脚关断时电感与电容缓慢放电维持电压。LM2596芯片4引脚稳压反馈输入端,并通过电阻R4与R5分压反馈给4引脚稳定输出电压。通过采样电阻检测充电电流并通过LM358比较器采集并与飞思卡尔单片机产生的电流PWM信号进行比较,进而控制充电电流可调。

  1.3、系统流程图
如图1、图2所示。

LM2596

  2、理论分析与计算公式

 LM2596

  3、测试方案与测试结果

  3.1、测试方案

  3.1.1、硬件调试

  (1)测试输入20V电压在升压模块(带负载),调节电位器使其输出精确到30V。

  (2)测试输入30V直流电压在降压模块中,并利用可调模拟电压输入电流PWM测试是否充电电流可调。

  (3)输出模拟短路状态下,看是否均有保护电路的功能,当排除短路条件后系统是否能够恢复充电功能。第四步,分别测试电池组充电和放电两种状态的输出电压电流。

  3.1.2、软件调试

  (1)通过飞思卡尔单片机编写AD功能程序,用5位半电压表测试AD电压值输出数据。

  (2)测试键盘功能,确保按键按下时,输出数据准确、键盘功能可靠。

  3.2、测试结果及分析

  充电时效率:第一次96.6%,第二次96.1%,第三次96.8%。

  放电时效率:第一次91.1%,第二次91.8%,第三次92.0%。

  4、结果分析

  基本要求:接通S1、S2,断开S3,将装置设为充电模式。

  (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》=90%。

  (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%。

  发挥部分:

  1)断开S1、接通S2,将装置设定为放点模式,保持U2=30±0.5V,此时变换器效率。

  2)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DC-DC电路能够自动转换工作模式并保持U2=30±0.5V。

  3)双向DC-DC转换器、测控电路与辅助电源三部分的总重量不大于500g。

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