基于MSP430的高效双向DC-DC变换器设计

"该文档是关于2015年全国大学生电子设计竞赛中，一个本科组团队设计的双向DC-DC变换器项目。系统基于TI公司的MSP430F5529微控制器，利用同步整流和准方波零电压软开关技术提升效率，同时具备恒流充电、放电、过充保护和自动切换工作模式等功能。设计中采用了CSD19506 N沟道功率MOSFET和UCC27211驱动芯片，以及INA282AIDR电流检测芯片。" 在这个设计中，关键知识点包括： 1. **同步整流技术**：传统的Buck/Boost电路中，续流二极管在大电流下存在较大压降导致功率损耗。通过采用同步整流，使用MOSFET替换二极管，由于MOSFET的低导通电阻，显著降低了损耗，提高了转换效率。 2. **准方波零电压软开关方式**：为了避免硬开关状态下MOSFET的开关损耗，设计采用了准方波零电压软开关技术。通过在MOSFET旁并联反向二极管，确保MOSFET在导通前两端电压为零，实现零电压开通和零电流关断，从而减少开关损耗。 3. **器件选择**：选择低导通电阻的CSD19506 N沟道功率MOSFET以减小通态损耗，采用20mΩ的检流电阻和低ESR电解电容以降低电阻损耗，以及UCC27211驱动芯片用于高效驱动MOSFET。 4. **控制策略**：系统核心是MSP430F5529微控制器，它负责输出带死区的互补PWM信号来控制MOSFET，实现精确的电源管理。此外，还集成了电压和电流采样电路，以及过充保护和模式切换功能。 5. **驱动电路**：为了驱动高侧MOSFET，设计使用了自举升压和浮地驱动方式，确保了高效可靠的MOSFET控制。 6. **用户交互**：系统具备按键步进调节电流值的功能，以及液晶屏幕显示电压和电流值，提高了用户的操作便利性。 7. **电路设计**：系统总体框图展示了各个模块间的连接，包括锂电池组、双向DC-DC变换器、稳压电源、负载、主控制器、PWM驱动电路、电流采样、电压采样等。 8. **效率优化**：通过调整开关频率、电感和电容的参数，以及优化驱动和检测电路，进一步提高了系统的整体效率。 9. **测试方案**：设计团队进行了详尽的测试，包括选用的测试仪器、测试方法和数据分析，以验证系统性能。 10. **系统模块化**：系统由控制模块、主电路模块、驱动电路模块、辅助电源模块、显示模块和按键模块组成，每个模块都有明确的功能定位和设计考虑。 通过这些详细的设计和优化，这个双向DC-DC变换器在效率、精度和功能性上都达到了较高水平，展示了大学生在电子设计竞赛中的创新能力和技术应用能力。