双向DCDC变换器设计 - 图文

调节各个给定的滑动电阻同样可使电路正常工作。

2）在给功率开关管背部加上散热器时，没有考虑到绝缘问题，导致控制电路中部分管脚短路，使得供电电源芯片损坏。

3）在测试时，由于误操作，表笔同时接触了LM317的2脚和3脚，导致电路中部分元器件损坏。

解决上述在测试过程中发生的问题后，控制电路的供电电源可以正常工作。

5.2.2 驱动信号调试

在供电电源调试完毕后，将控制电路所需的各个芯片安装到主电路中，进行功率管驱动波形的测试。由于在正常状态下，CD4052的状态选择信号为：0 0，芯片工作在停机状态，使得PWM波发波芯片SG3525不在工作状态，故需要给CD4052的状态选择端一个信号，使其能工作在某一个充电或放电状态。在实验时，选用一台可编程稳压电源给CD4052的状态选择端供电，使其工作在恒流充电状态。SG3525的1脚反向输入端为电流反馈值，2脚正向输入端为经RP2可调电阻后的给定电压，输出端13脚可得到PWM波形。SG3525输出的PWM波形经两个反相器后得到两个互补的PWM信号，通过死区电路后两个互补的PWM信号都会产生一定的死区区间，经两个四输入与门电路相互关断和工作保护输入，输出到驱动信号将PWM波放大，最终输出给功率开关管的驱动。

在调试过程中发现一些问题，如：

1）PWM信号经死区产生电路后就消失了，后发现由于保护电路中LM393出现故障使得输出的保护信号关断了与门电路，使输入到驱动芯片IR2110的信号为0。

2）另外还需要考虑单片机保护信号，在不安装单片机时，由于连接单片机的各个输出管脚为0，通过光耦隔离后恰好能使单片机保护不起作用。

3）虽然系统正常工作状态为闭环控制，然而在调试时则须要首先进行开环调试，因为如果连接的闭环，在主电路没有上强电的情况下，闭环会使占空比一直变大，直至极限。

解决上述问题后，通过示波器接到栅极与漏极之间，观察到驱动波形正常，并且能够过调节给定可调电阻实现驱动波形占空比的变换。此外在实验中还测定了死区时间，具体如表5.1，图5.3所示：

G1 百分比 45.7 47.2 49.6 50.8 53.5 55.1 57.9 58.4 G2 百分比 38.1 36.4 34.3 32.4 29.9 28.3 25.4 24.6 死区百分比 输出电压 16.2 2.89 16.4 4.017 16.1 5.37 16.8 5.974 16.6 6.77 16.6 7.175 16.7 8.854 17 9.775

表5.1 死区时间表格

图5.3 死区时间

通过示波器两个信号探针，测定了上下桥臂两个开关管的驱动波形的占空比，去平均值后得到死区时间约占一个信号周期的16.55%，能够保证开关管在开断过程中避免上下桥臂直接导通的问题。

5.2.3 单片机程序，VB工程调试

将单片机安装到PCB板中，将之前编写的程序写入到单片机内。程序写入后，首先进行单片机与上位机通讯的调试。在VB工程调试之前，采用串口调试助手程序，观察单片机能够实时采样，并能否成功的将数据发送给上位机。在调试过程中由于AD采样的值可能会发生变化，为了观察传输的数值能否稳定，可以在程序初始化时人为设定一个值，观察串口调试助手接收到输出是否始终一样。在单片机能够正常发送数据后。进行VB工程的调试。VB主要的功能为：发送充放电状态指令，实时接受单片机上传的输出并处理后显示出来。在调试时，通过发送各种状态指令，观察状态信号指示灯是否能够正常切换，同时输出的驱动波形是否按照给定值变化。

经过上述调试过程，样机已具备了一下功能：

1）接受上位发送的指令，并按指令切换工作状态。 2）实时进行AD采样，并将数值发送给上位机。 3）根据电路的电压电流，自动切换充放电状态。

5.2.4 保护与采样电路测试

主电路中加入了过流保护电路，单片机程序中也有过压过流保护，为了测试保护电路和程序能否正常工作，通过给定一个电压信号，观察电路自切断功能。运用一个信号发生器，在电流保护采样的采样输出端给定一个电压信号，并将示波器接到功率管的驱动端。首先用上位机发送恒流充电指令，样机接受指令后正常输出驱动波形，此时，信号发生器发送一个方波。经测试，当方波的电压值大于0.9V时，保护起作用，当方波的电压值低于0.488V时，电路能恢复工作。通过计算，0.9V换算到主电路输入侧的电流为18A。运用同样的方法，将信号发生器接到各个AD采样的输入端，通过观察，程序能够实现过压过流关断功能。

采样电路的测试主要包括：

1）输出端电压经分压电阻后得到的反馈电压U2，输出端电压经霍尔电压传感器LV28-P采样输入到单片机的电压值AD0。通过测后，得到以下数据,如表5.2和图5.4所示：

输出电压

9.28 10.62 11.64 12.3 13.13 13.9 U2 1.98 2.28 2.48 2.64 2.84 3 AD1 0.96 1.11 1.2 1.25 1.34 1.46

表5.2 输出电压，U2，AD1数据表

图5.4 输出电压与U2，AD1关系曲线

得到上述数据后通过生成曲线，可以看到在电路工作电压范围附近，输出电压与模拟，数字采样值成很好的线性关系。

2）输出端电流经采样输出电路I_bat，处理后得到的反馈至I2。经测试得到以下数据，如表5.3 和图5.5所示：

输出电流 0.058 0.775 1.72 2.38 3.48

I_bat 0.01 0.032 0.08 0.114 0.17

I2 1.65 1.667 1.668 1.678 1.704

表5.3 输出电流，I_bat，I2数据表

图5.5 输出电流与I_bat，I2关系曲线

3）另外，由于单片机的AD采样存在着一定的误差，如果纯粹按照电路突破结构对采样值进行换算的话，会存在很大的误差。为了保证监控的数据的准确性，先采用通过仿真器测得AD采样数据与实际数据相比较的方法，算出其线性关系，将此关系输入到单片机和VB工程的换算公式。数据表5.4和图5.6所示：

输出端电压 单片机采样值 0.021 11 1.014 45 2.034 75 3.065 108 3.992 140 5.001 171 6.057 205 6.997 235 8.295 277 9.376 315 11.288 379 12.411 412 13.319 441 14.065 471

表5.4 输出电压与采样值数据表

图5.6 输出电压与采样值的线性关系

从上述线性关系中得到单片机程序的换算公式为AD1=32.754*U1+10.312；VB换算公式正好相反，为U1= AD1 * 0.0305 - 0.2148；在得到此公式后，通过将程序写入单片机，进行通讯后，发现显示的电压数值与实际值相差在0.1V左右。

同样，电流AD采样也存在着相应的误差，为了纠正误差，按照实际电流与采样值对比线性关系可得两者的线性关系，数值如表5.5和图5.7所示：