双向dc-dc变换器PI调节器的优化设计

双向DC-DC变换器

摘要:以FPGA和TM4C123G为控制核心，设计制作了双向DC-DC变换器。本系统主要包括Buck/Boost双向DC-DC变换电路、电压电流采样电路和辅助电源电路等，其中以Buck/Boost变换电路为核心，完成锂电池组的充、放电，采用闭环反馈系统，实时监测锂电池组的电压、电流，经过PID调节，控制输出PWM波，从而控制Buck/Boost变换电路。经测试，变换器可实现恒流充电，且充电电流在1~2A内可调，步进值可设定，电流控制精度eic?0.12%，测量精度

em?0.192%，变换器充电效率?1?98.54%，放电效率?2?97.99%，且系统具有过充保护功能，阈值电压U1th?(24?0.032)V，能自动转换工作模式并保持

U2?(30?0.010)V。经称量，双向DC-DC变换器、测控电路与辅助电源三部分总重量为368g。此外，系统可识别充电、放电两种模式，并实时显示充、放电的电流与电压，人机交互性良好。

关键词：BDC；锂电池；PWM；PID；过充保护

1 方案论证

1.1 方案比较与选择

1.1.1 双向DC-DC主回路

方案一：非隔离式Buck/Boost BDC

摘要

本系统基于双向同步整流原理，主电路在拓扑结构上整合Buck和Boost两种电路，配合MOS管驱动电路、电流检测电路、辅助电源电路以及输出过流保护电路，使该DC/DC变换器实现能量的双向流通。系统由STM32F103ZET6单片机控制电流的步进可调，同时控制PWM波产生相应恒定电压值，使用TI的MOS管CSD19535代替续流二极管，大大提高了系统效率。本系统在充电模式可达到98%的转换效率，放电模式达到98%的转换效率，电流检测电路使用TI高精度检流芯片INA282，恒定输出的电流精度稳定在1.5%以内，电压精度稳定在1%以内，同时在LCD上显示所处状态，符合基本要求与发挥部分的参数要求。本设计创新点在于将电池充电过程分为三个阶段，通过显示屏实时显示电池所处的充电状态。

关键词 DC/DC电路 同步整流 STM32

目录

1 方案论证 ................................................................................................................................ 3

1.1 方案描述 .........

DC-DC变换器原理 DC/DC Converter Principle

最新文章

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为直流电源使用呢，对于对电压没有准确要求的微、小型用电设备是可以的，如计算器、玩具等。太阳电池输出电压取

大小与光照强度直接有关，不能直接作为正规电源使用。通过DC-DC变换器可以把太阳电池输出的直流电转换成稳定

是直流——直流变换器，是太阳能光伏发电系统的重要组成部分，下面就其原理作简单介绍。

这样画风景不真实，但是很美

)工作方式，基本原理是通过开关管把直流电斩成方波（脉冲波），通过调节方波的占空比（脉冲宽度与脉冲周期之比）

1左上部是一个斩波基本电路，Ud是输入的直流电压，V是开关管，UR是负载R上的电压，开关管V把输

T，在V导通时输出电压等于Ud，导通时间为ton，在V关断时输出电压等

1下部绿线为连续输出波形，其平均电压如红线所示。改变脉冲宽度即可改变输

UR1）较高；在时间t1 后脉冲变窄，平均电压（UR2）降低。固定方波周期T不变，改变占空比调节输出电

Buck变换器。

图1 DC-DC变换基本原理

2是加有LC滤波的电

分 类 号

学校代码 10487

学号 2003611310062 密级

硕士学位论文

数字控制双向全桥DC/DC变换器的研究

学位申请人：牛金红

学科专业：电力电子与电力传动 指导教师：康 勇 教授

答辩日期：2006年4月29日

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements For the

Degree of Master of Engineering

A Study of Bi-directional Full-Bridge DC/DC Converter Based

on Digital Control

Candidate : Niu Jin Hong Major:

Power Electronics and Electric Drive

Supervisor: Prof. Kang Yong

Huazhong University of

罗新卫: DC-DC变换器中的比较器和振荡器的设计

重庆大学本科专业综合课程设计论文

题目：

学 生： 罗新卫 指导教师： 余华 院 系： 光电工程学院 专业班级： 电子科学与技术1班

重 庆 大 学 2013年 9月

罗新卫: DC-DC变换器中的比较器和振荡器的设计 项目 分值 优秀 (100>x≥90) 参考标准 学习态度认真，科学作风严谨，严格保良好 (90>x≥80) 参考标准 学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务 设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，有较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能中等 (80>x≥70) 参考标准 学习态度尚好，遵守基本保证设计时间，按期完成各项工作 及格 (70>x≥60) 参考标准 学习态度尚可，能遵守组期完成任务 不及格(x<60) 参考标准 学习马虎， 纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度 设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，实际动手能力差，文献引用、调查调研有较大的问题 评分 学习态度 组织纪律，织纪律，能按15 证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作 设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献查阅能力调查调研非常合理、可信 有重大改进或设计合理，设计基本合理论分析与计算基本正确，实验数据比较准确，有一定的实际动手能献引用、调查调研比较可信 有一定改进或新的见解 结构合理，结构基本合层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化要求，书写比较工整；图纸比晰 理，逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规范化要求；图纸比较工整 有一定见解 理，理论分析与计算无大错，实验数据无大错 技术水平与实际能力 25 力，文献引用、力，主要文合理、可信 有较大改进或新颖的见解，实用性尚可 结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语流畅，符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成清晰 强、引用合理、调查调研比较观念陈旧 创新 10 独特见解，有一定实用价值 结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准完全符合规范论文(计算书、图纸)撰写质量 50 内容空泛， 结构混乱，文字表达不清，错别字较多，达不到规范化要求；图纸不工整或不清晰 确，文字流畅，言准确，文字化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰 文；图纸工整、较工整、清指导教师评定成绩：

指导教师签名： 年 月 日

罗新卫: DC-DC变换器中的比较器和振荡器的设计

重庆大学本科学生专业综合课程设计任务书

课程设计题目 学院

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

双向DC—DC变换器及其控制方法研究

作者：段双明

来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2015年第11期

摘 要：为提高分布式电源的稳定性和效率，本文主要研究了双向DC-DC变换器的结构和控制算法，更具功率的大小，确定本文的主电路。根据传统的相移控制方式，提出双重相移控制方式。在PSCAD仿真软件中搭建仿真模型，用仿真结果验证理论的正确性。最后给出相应的结论：基于全桥的双向DC-DC变换器具有一定的可行性，对今后DC-DC研究领域奠定了一定的理论基础。

关键词：双向DC-DC变换；建模；仿真 1 概述

直流变换器是开关电源的重要主成部分，随着科技的发展，人们的开关电源的要求越来越高，尤其是它的体积，重量等。本论文主要是研制80V到600V的输入输出移相全桥DC-DC变换器。电路拓扑选择和控制方案确定等方面入手，着重分析了双重移相全桥技术，在此基础上给出了相应的仿真电路和数学建模。 2 变换器拓扑主电路及控制方案选择

本论文主要研究80V到600V的双向DC-DC大功率传输，因此鉴于双向桥

直流-直流(DC/DC)变换器

变换释义

DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制

（1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。 （2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui，极性相同。 （3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。

（4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。

还有Sepic、Zeta电路。 上述为非隔离型电路，隔离型电路有正激电路、反激电路、半桥电路、全桥电路、推挽电路。 编辑本段变换发展

当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6.2、10、17)W/cm3，效率为（80～90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为（200～300

提出了一种简化的用于数字控制DC-DC变换器的模糊控制算法——单输入模糊控制算法.通过在算法中引入符号距离法,将常规模糊控制算法中的2个输入简化为单个输入,从而使相应的模糊规则条数明显减少.在此基础上,采用FPGA设计了单输入模糊控制器,并进行了系统验证.测试结果表明,在输入电压为2.7-3.5V、输出电压为0.8-1.5V的Buck型DC-DC开关变换器中,系统的建立时间小于15

第4 2卷第 2期21 0 2年 3月

东南大学学报 (自然科学版)J R OU NALOFS T E T U VE ST ( a￣ S ineE io ) OU H AS NI R I Y N mr c c dt n e i

Vo . 2 No. 14 2 M a .2 2 r 01

d i1 .9 9 j i n 10 0 0 . 0 2 0 .0 o:0 3 6/ .s . 0 1— 5 5 2 1 . 2 0 7 s

Bc u k型 DC DC变换器中 .单输入模糊控制器的设计与实现常昌远陈瑶黄金峰王青 (东南大学集成电路学院，南京 20 9 ) 10 6

摘要：提出了一种简化的用于数字控制 DC DC变换器的模糊控制算法——单输入模糊控制算 .

法.通过在算

武汉理工大学《电力电子装置和系统》课程设计说明书

具有中间变换环节DC-DC变换器设计与仿真

1 设计任务及要求

1.1 设计任务

设计出一种半桥式DC-DC变换器，并采用闭环控制方法，将400V高压直流输入变为稳定5V的直流输出，保证了系统的供电性能，并利用Matlab软件的simlink工具对所设计的电路进行仿真。

1.2 设计要求

所设计的电路能将400V高压直流输入变为稳定5V的直流输出，并且电路要具有中间变换环节，即要采用PWM控制，通过桥式电路逆变，然后经过变压器整流输出，得到理想的输出电压。同时，电路还应保证输出电压在扰动干扰下波动小并回到设定值，输出电压的稳态误差在1％以内，且输出响应快速性较好。

1

武汉理工大学《电力电子装置和系统》课程设计说明书

2 主电路工作原理

2.1 主电路基本结构图

系统框图如图1所示，主电路由输入滤波电路、桥式高频逆变电路、高频降压变压器、输出整流及输出滤波电路组成。控制电路包括辅助电源、驱动电路、PWM控制电路、反馈电路、启动及保护电路和故障显示报警电路6部分。

启动及保护电路故障显示报警电路PWM控制驱动直通保护直流电压输入400V输入滤波20khz高频逆变降压变压器

０１１年９月２５日第２８卷第５

期　２

（）文章编号：１００９３６６４２０１１０５００３４０

２－－－

收稿日期：２０１１０４１２－－

，作者简介：盖国权（男，黑龙江大庆人，硕士研究生，研１９８６－）／究方向为计算机电源ＤＣＤＣ变换器；

，田立欣（男，内蒙古包头人，副教授，硕士生导师，从事１９６８－）

电力电子技术的教学与科研工作；

，徐征宇（男，内蒙古呼和浩特人，硕士研究生，研究方向１９８７－）

为高电压及绝缘技术；

，王文丽（女，内蒙古巴彦淖尔人，硕士研究生，研究方向１９８５－）

。为电力系统可靠性和规划

图２　对称ＰＷＭ控制ＺＶＳ半桥变换器

助开关管每半个周期导通一次，利用谐振电容与变压器漏感的谐振为全负载范围所有开关管ＺＣＳ及所有

二极管Ｚ重载时难以实现软开关

。ＶＳ创造了条件，

图３　对称ＰＷＭ控制ＺＣＳ半桥变换器

３　结　论

／本文明确了控制型软开关半桥ＤＣＤＣ变换器的

／定义，主要总结和归纳了４种控制型软开关半桥ＤＣＤＣ变换器的ＰＷＭ控制策略和２种缓冲型软开关半

／桥Ｄ对上述ＣＤＣ变换器的对称ＰＷＭ控制策略，

为选择ＰＷＭ控制策略进行了深入分析和综合比较，具体应用场合提供了依据。参考文献：

［］阮新波．１２种ＺＶＳ方式ＡＨＢ直流变换器比较　张友军，

［］（）：电力自动化设备