双向DC-DC变换器设计与控制策略

"这篇文档是关于2015年全国电子设计竞赛中的一道题目——双向DC-DC变换器的设计，适用于本科组参赛者。设计着重于实现基于同步整流Buck变换器的双向DC-DC电路，通过STC89C52单片机进行精确的电流和电压控制，以满足电池组的充放电需求。" **双向DC-DC变换器概述** 双向DC-DC变换器是一种能够实现电能双向流动的电力转换装置，广泛应用在电动车动力系统和直流不间断电源等领域。这种变换器的优点在于可以显著减少系统的体积和成本，提高能源利用效率。 **Buck变换器与Boost变换器** 1. **Buck变换器（降压变换器）**：在充电模式下，输入电压高于输出电压，通过调整开关频率使得电感器L中的电流连续，从而降低输出电压。在本文设计中，由于输入电压30-38V，输出电压最高21V，所以采用非隔离的Buck电路。 2. **Boost变换器（升压变换器）**：在放电模式下，输入电压低于输出电压，电路会转换为Boost模式，提升电压。此时输入电压最高21V，输出电压30V，因此需要升压。 **单片机控制方案** 设计中采用STC89C52单片机作为控制器，它负责采样双向DC-DC变换器的输出电压和充电电流，通过软件算法生成功率器件的开关信号和充电电流指令，确保对充电电流的精确控制。 **主电路分析** 1. **双向Buck-Boost电路**：电路设计允许电感电流在正负区间内变化，电感电流的峰峰值i总大于2倍的平均值。为了减少开关损耗，需要设定合适的死区时间。 **主要器件参数选择与计算** 1. **电感L**：选择电感值时，考虑负载电流的变化和电感电流脉动，例如在10-15%负载电流时，选取电感电流脉动量Δi=0.3，从而计算出电感L的具体值。 2. **开关频率**：系统工作在100kHz的开关频率下，对应的时间周期T=10ns。 3. **占空比D**：根据输入和输出电压，计算出Buck电路的占空比，D= (U_out / U_in) - 1。 这个设计实现了双向DC-DC变换器的基本功能，包括电池组的充放电，并满足了竞赛的发挥部分要求。通过单片机的智能控制，能够灵活适应不同的工作模式，确保了高效稳定的能源转换。