2015年全国大学生电子设计竞赛双向 DC-DC 变换器(A题)设计分析报告

双向DC-DC变换器（A题）

【本科组】

第一章方案论证

1.1论证比较 1.1.1实验方案选择 方案一：双向半桥DC-DC变换器 双向DC-DC变换器电路如图1-1所示。通过控制开关T1和T2,达到双向直流升压与降压的目的。在升压运行时，T2动作，T1截止，变换器工作在Boost状态;当T1动作，T2截止时，变换器工作在Buck状态，实现降压功能。 D1iLT1C2RR1C1V2+－LD2+－V1T2图1-1双向半桥DC-DC变换器

方案二：双向反激DC-DC变换器

双向DC-DC变换器电路如图1-2所示。通过控制Q1和Q2开关，实现变换器工作模式的转换。在升压运行时，Q1导通，Q2关断，N2同名端为正极，二极管反

偏截止，所以电感变压器此时作为电感运行，电能存储在N2中，由输出电容向负载供电；当Q1关断，Q2导通时，变压器各线圈感应电势反号，同名端为负，迫使二极管导通，电感能转为电场能量向负载放电和向电容充电。同理，相反步骤下为降压运行。

图1-2双向反激DC-DC变换器

方案三：双向恒流DC-DC变换器

该变换器分为恒流源和恒压源两部分电路，由开关控制两部分的通断，来实现升压和降压的功能，最终实现DC-DC变换的目的。 经比较，方案三较为简单，易于实现，能尽量较少元器件的相互影响。故选择方案三作为本次实验方案。 1.1.2脉冲发生模块的选择 方案一：SG3525 SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。 方案二：TL494 TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。 经比较，SG3525能满足本次实验的所需功能且较TL494稳定、简单，故选择SG3525作为本次实验的PWM控制芯片。

1.2方案描述

经过论证，本次实验采用SM2535芯片产生PWM来供给DC-DC模块来控制输出电压的高低，并由STM32单片机检测所需检测的电压电流，进而控制DC-DC模块的工作模式，实现比赛所要求的各项目的。

第二章电路与程序设计

2.1系统结构框图 2.1.1主系统 图2-1系统结构框图 2.1.2子系统与器件选择 （1）升压电路模块 图2-2XL6009BOOST电路 （2）基于VAS1210降压电路模块 图2-3VAS1210原理图 （功率路径：MOS闭合时，绿线表示；MOS断开时，红线表示。） 2.2器件选择 （1）电容的选择 输入电容：22uF或者更大。 （2）肖特基二极管的选择

肖特基二极管：电流能力须大于输出电流，且反向击穿电压要大于输入电压。

2.3程序功能描述

根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置和显示。 （1）键盘实现功能：设置电流的比例

（2）显示部分：显示电压值和电流值 （3）程序设计思路

在系统中，软件的主要作用是完成命令输入、输出采样、软件过流保护和结果显示等功能，设计相对简单。

第三章理论分析与计算

3.1参数的计算 3.1.1电感的计算 电感量的选择直接关系到系统的工作频率，电感量大则工作频率低，电感量小则工作频率高。大的感量可降低频率从而减小NMOS上的开关损耗，但对于相同体积电感，感量越大电感的绕线电阻也越大，则电感上的损耗也越大。 系统工作频率的计算： 3.1.2开关频率的计算 开关频率和MOS管的功耗有很大的关系，频率越高，产生的损耗越大。较低的电路工作频率可以降低MOS管的开关损耗，但输出电压脉动会增大，因此应在允许的频率范围内选择较低的频率。合适的开关频率大致处于20KHz与60KHz之间，本系统选取开关频率为30KHz，可以降低损耗。 3.1.3其他外围参数选择 外置增强型N-MOSFET：芯片Gate驱动电压为10V，要选取栅耐压>10V的MOS管，且VDS击穿电压要大于输入电压，饱和电流要大于输出电流，导通电阻关系到工作效率问题，MOS管消耗功率为：

3.1.4输出电流设置

芯片输出电流大小可通过选择检测电阻RSNS来设置，输出平均电流大小与