基于单片机控制的DC-DC变换电路

1、系统方案设计

1.1、方案设计

本方案采用单片机为主设计测控电路。通过对DC-DC直流转换器输出电流进行监测，通过键盘输入输出电流设定信号，通过单片机输出PWM信号与LM358比较器形成比较电压，电流反馈闭环电路，从而对LM2596芯片进行控制，控制buck电路的接通关断，以保证DC-DC的变换。升压部分直接由LM2577电路控制稳压其结构图如图1所示。

1.2、控制系统设计

采用LM2577和LM2596设计升压电路和降压电路。buck电路配合测控电路使用效果好，成本也很低，电路图也容易焊接调试。利用单片机构成测控电路，使得我们能够更加方便的使用键盘来控制转换器输出的电压电流，通过主电路的反馈端来检测电流并采样从而调整PWM来达到控制输出和过流保护的功能。单片机的测控电路更加简单，所使用的元器件更少，控制更加方便，所以采用该方案。

1.2.1、升压系统

DC-DC电池组放电情况下，以boost升压电路为核心电路。精髓在于作为开关的LM2577芯片。该芯片工作时4、5引脚接通对L1电感充电，4、5引脚关闭电感L1缓慢为电容充电。通过4、5引脚的开通和关断，使得输出端升压。同时2引脚是输出反馈端，使得输出电压稳定不发生变化，即起到稳压作用。

1.2.2、降压系统

DC-DC转换器为电池组充电情况下，是以buck降压电路为核心电路。精髓在于作为电路开关的LM2596芯片。该电路工作时，2引脚打开对L2电感电容C充电储能，2引脚关断时电感与电容缓慢放电维持电压。LM2596芯片4引脚稳压反馈输入端，并通过电阻R4与R5分压反馈给4引脚稳定输出电压。通过采样电阻检测充电电流并通过LM358比较器采集并与飞思卡尔单片机产生的电流PWM信号进行比较，进而控制充电电流可调。

1.3、系统流程图

如图1、图2所示。

2、理论分析与计算公式

3、测试方案与测试结果

3.1、测试方案

3.1.1、硬件调试

(1)测试输入20V电压在升压模块(带负载)，调节电位器使其输出精确到30V。

(2)测试输入30V直流电压在降压模块中，并利用可调模拟电压输入电流PWM测试是否充电电流可调。

(3)输出模拟短路状态下，看是否均有保护电路的功能，当排除短路条件后系统是否能够恢复充电功能。第四步，分别测试电池组充电和放电两种状态的输出电压电流。

3.1.2、软件调试

(1)通过飞思卡尔单片机编写AD功能程序，用5位半电压表测试AD电压值输出数据。

(2)测试键盘功能，确保按键按下时，输出数据准确、键盘功能可靠。

3.2、测试结果及分析

充电时效率：第一次96.6%，第二次96.1%，第三次96.8%。

放电时效率：第一次91.1%，第二次91.8%，第三次92.0%。

4、结果分析

基本要求：接通S1、S2，断开S3，将装置设为充电模式。

(1)U2=30V条件下，实现对电池恒流充电。充电电流I1在1-2A范围内步进可调，步进值不大于0.1A，电流控制精度不低于5%。

(2)设定I1=2A，调整直流稳压电源输出电压，使U2在24-36V范围内变化时，要求充电电流I1的变化率不大于1%

(3)设定I1=2A，在U2=30V条件下，变换器的效率》=90%。

(4)测量并显示充电电流I1，在I1=1-2A范围内测量精度不低于2%。

发挥部分：

1)断开S1、接通S2，将装置设定为放点模式，保持U2=30±0.5V，此时变换器效率。

2)接通S1、S2，断开S3，调整直流稳压电源输出电压，使Us在32-38V范围内变化时，双向DC-DC电路能够自动转换工作模式并保持U2=30±0.5V。

3)双向DC-DC转换器、测控电路与辅助电源三部分的总重量不大于500g。