一种双向DC/DC变换器的研究与设计
方案的论证与选择
方案一:采用LM2596开关电压调节器组成DC/DC变换电路,它能够输出3A的驱动电流,可调电压输出范围在12-37v之间,具有过流保护和限流保护功能,效率达到80%,但是不能将效率提高到90%至以上。
方案二:采用双向DC/Dc变换电路模块,找不到完全符合设计要求的模块。
方案三:采用TPS5430组成电路,该芯片同样具有高电流输出,达到3A,宽电压输入范围在5.5~36v之间,高转换效率达到了95%,有过流保护及热关断功能,与其他同类型直流开关电源转换芯片相比更符合题目要求。
综合以上3种方案,选择方案三。
2.辅助电源的论证与选择
方案一:工频电源(220v)为其供电。
方案二:使用直流稳压电源(U处)与L7805芯片电路为其供电。
综合考虑采用方案二。
3.系统理论分析与计算
3.1双向DC/DC变换电路的分析
直流變换电路主要工作方式是脉宽调制(Pulse WidthModulation,PWM)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)来改变电压。
图1左上部是一个斩波基本电路,UD是输入的直流电压,堤开关管,UR是负载R上的电压,开关管V把输入的UD斩成方波输出到R上,右上部线为斩波后的输出波形,方波的周期为T,在V导通时输出电压等于ud导通时间为ton在V关断时输出电压等于0,关断时间为toff占空比D=ton/T,方波电压的平均值与占空比成正比。改变脉冲宽度即可改变输出电压,在时间t1前脉冲较宽、间隔窄,平均电压(URT)较高;在时间t1后脉冲变窄,平均电压(UR2)降低。固定方波周期’r不变,改变占空比调节输出电压就是PWM法,也称为定频调宽法。
3.2芯片公式与元器件选择
该款TPs5430在PH和GND之间接外部钳位二极管。选定的二极管必须满足大于该系统的绝对最大额定值:反向电压必须比最高PH电压还高,这是vINMAX+0.5,峰值电流必须大于IOUTMAx再加上峰值电感电流一半。重要的是要注意该二极管传导时间通常长于高侧FET,因此重视对二极管参数配置可以使整体效率显著提高。对于这个二极管,反向电压40v,正向电流3A,正向压降为0.5V。
C1=10uF,C2=0.01uf,C3=220uF
L1=22uH
Rl=10kQ,R2=510Ω
3.3辅助电源的分析
辅助电源使用L7805芯片模块为其供电,C1,G3为小电容,过滤低频信号;C2,C4为大电容,过滤高频信号。取C1=G=0.1uF,G2=4700uF,C4=1000uF。
4.电路与程序设计
4.1主电路的设计
系统电路的总体框架如图2所示。
4.2辅助电源设计
辅助电源需自制或自备,可由7805芯片模块为其供电。辅助电源电路子系统电路如图3所示。
5.结语
通过对这个课题的设计,设计小组学到了很多在课堂上学不到的知识,对单片机有了更多的认识。在设计中也不可避免地遇到了很多问题,如经过选择排除的TPS5430芯片并不能在软件库里找到并仿真,在面包板上搭建的电路因为二极管选择错误,出现了过热的问题,好在经过反复试验已经基本完成了设计的要求。
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