CN205453491U - 基于dc/dc变换模块的双向dc/dc变换器装置 - Google Patents

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洪志湖
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Abstract

本实用新型公开了一种基于DC/DC变换模块的双向DC/DC变换器装置，双向DC/DC变换器装置主要包括：DC/DC变换电路和主控电路。主控电路主要由STM芯片及其外围电路组成。本实用新型双向DC/DC变换器装置能够通过STM芯片(32)设置其正向、反向输出电压以及极限电流，还可通过软件控制其正向、反向DC/DC变换的切换，由于控制电路中加入了电压反馈，通过PI控制可使变换器装置输出的电压保持稳定。响应速度在75ms左右能够达到稳态，在输出功率小于1KW的范围内，其效率能够达到95％以上。且具结构简单、可靠性高、效率高的优点。能够较为广泛的应用于各类电源设备中。基于DC/DC变换模块搭建的双向DC/DC变换器装置的双向功率都能达到1kW，双向输入电压在9V～60V范围内，输出电压达到0V～60V，变换器装置极限电流能够达到40A。

Description

基于DC/DC变换模块的双向DC/DC变换器装置
技术领域
本实用新型属于DC/DC变换器技术领域，尤其涉及一种基于DC/DC变换模块的双向DC/DC变换器装置。
背景技术
DC/DC变换器广泛的应用于计算机、工业仪器仪表、军事、航天等领域。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的拓扑电路的不断出现，DC/DC变换器技术已在实际需要的推动下得到了快速地发展。由于传统的应用技术中，DC/DC变换器的性能受到功率器件性能的限制，而目前新的DC/DC变换器拓扑电路以及新的控制技术，可使功率开关工作于零电压或者零电流状态下，从而DC/DC变换器工作效率得以提高。
在许多实际的电源应用中，电源的电压等级与应用系统不品配的问题时有发生，所以电源需要通过DC/DC变换器才能应用于系统中，而双向DC/DC变换器既可实现上述功能，还可实现能量的双向流动。电源可通过双向DC/DC变换器给应用系统提供能量，系统中的能量还可以通过双向DC/DC变换器从应用系统流向电源，给电源存储能量。
目前国内外已经开展了有关双向DC/DC变换器的研究，同时也提出很多双向DC/DC变换器的实现方法，但是在软、硬件方面实现相对较难。本实用新型使用DC/DC变换模块搭建的双向DC/DC变换器装置，其电压输入范围宽、变换效率高、响应速度快、可靠性高、控制简单。该双向DC/DC变换器与国内外同等功率大小的双向DC/DC变换器的软、硬件实现相比较为简单，而且还可高效地应用于不同类型的电源系统中。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种基于DC/DC变换模块的双向DC/DC变换器的设计方案，旨在提供一种宽输入、输出电压范围、硬件实现简单、变换效率高的双向DC/DC变换器装置应用于各类电源设备中。
本实用新型达到发明目的在硬件方面的具体手段为
一种基于DC/DC变换模块的双向DC/DC变换器装置，主要由控制电路和DC/DC变换器电路两部分组成；DC/DC变换器电路由DC/DC变换模块为电路核心，由电压采集电路、电流传感器、控制信号接口电路、反馈信号接口电路构成外围辅助电路。控制电路中，TFT液晶显示电路10与STM芯片32内部的SPI数据接口和静态存储器控制器接口连接；第二反馈信号接口电路8直接与STM芯片32内部ADC模块的接口相连接；第二控制信号接口电路9与STM芯片32内部DAC模块接口和普通IO口以及定时器模块输出接口直接连接；继电器驱动电路11以及状态显示LED15与STM芯片32的普通IO口连接；JTAG程序烧录接口14直接与STM芯片32程序烧录接口连接，稳压电源电路13输出3.3V电压给STM芯片32芯片供电。
软件部分主要通过keil编译平台用C语言编写程序，通过JTAG仿真器将编译的程序烧录进STM芯片32。软件部分首先实现主控芯片内部各个模块的初始化，然后根据设置的正向电压、电流和反向电压、电流值以及当前系统的工作状态输出控制信号给DC/DC模块，当DC/DC模块输出端有输出电压后，根据电压采集电路采集到的电压信号进行PI电压闭环控制，实现输出端口电压稳定。该DC/DC变换器装置可通过软件设置其工作状态的切换条件，可有效的应用于不同的电源系统。
本实用新型提供的一种基于DC/DC变换模块的双向DC/DC变换器装置的双向输入电压在9V～60V范围内，输出电压达到0V～60V，变换器极限电流能够达到40A。该双向DC/DC变换器装置的双向功率都能达到1kW，且在输出功率低于1kW时，双向DC/DC变换器装置的变换效率大于95％。该双向DC/DC变换器装置的阶跃响应在75ms左右能够达到稳态，输出电压纹波为2.5％。
本实用新型根据DC/DC变换模块搭建的双向DC/DC变换器装置，硬件上容易实现、软件控制方法简单、响应速度快、可靠性高、效率高，可有效的应用于各类电源设备中。
附图说明
图1是本实用新型的硬件结构框图；
图2是本实用新型的软件流程图；
图3是本实用新型应用到蓄电池电源系统中的实例框图。
具体实施方式
为了说明本实用新型能够简单、高效、可靠地应用于各类电源系统，以结合实例对本实用新型进行进一步的阐述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
下面结合附图及具体实施例对本实用新型的应用原理作进一步描述。
实施例1
图1为本实用新型的一个实施例结构图。
有图中可看出：DC/DC变换模块的双向DC/DC变换器装置，主要由控制电路和DC/DC变换器电路两部分组成；DC/DC变换器电路由DC/DC变换模块为电路核心，由电压采集电路、电流传感器、控制信号接口电路、反馈信号接口电路构成外围辅助电路，控制电路中，TFT液晶显示电路10与STM芯片32内部的SPI数据接口和静态存储器控制器接口连接；第二反馈信号接口电路8直接与STM芯片32内部ADC模块的接口相连接；第二控制信号接口电路9与STM芯片32内部DAC模块接口和普通IO口以及定时器模块输出接口直接连接；继电器驱动电路11以及状态显示LED15与STM芯片32的普通IO口连接；JTAG程序烧录接口14直接与STM芯片32程序烧录接口连接，稳压电源电路13输出3.3V电压给STM芯片32供电。
实施例2
本实用新型应用到蓄电池电源系统中的实例如图3所示，将本实用新型双向DC/DC变换器装置应用于蓄电池电源系统。在实际控制中，使用C语言通过keil编译平台设置双向DC/DC变换器装置的参数，其参数包括：1)正向输出电压UO、电流值IO；2)反向输出电压U’O、电流值I’O；3)DC/DC变换器装置变换方向的切换条件(规定蓄电池到负载方向为正向，反之为反向)。将编写好的程序通过JTAG仿真器烧录至STM芯片32中。其软件流程如图2所示。
设置数字电源工作于恒功率输出模式PS，设置电子负载工作于恒电流模式I0，此时负载端电压UL等于UO，设置双向DC/DC变换器装置切换条件为：1)当更改电子负载抽取的电流为I1(I1>I0)，负载侧的电压UL小于UO，则双向DC/DC变换器工作于正向变换状态，维持负载端电压UL等于UO；2)当更改电子负载抽取的电流为I2(I2<I0)，负载侧的电压UL大于UO，则双向DC/DC变换器工作于反向变换状态，给蓄电池恒流充电，同时维持负载端电压UL等于UO。
通过上述双向DC/DC变换器装置的参数设置及切换条件设置，如图3所示系统中，双向DC/DC变换器装置可实现维持负载端电压稳定，双向DC/DC变换器装置通过给蓄电池充电储能，充分利用了电源剩余能量。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于DC/DC变换模块的双向DC/DC变换器装置，主要由控制电路和DC/DC变换器电路两部分组成；DC/DC变换器电路以DC/DC变换模块为电路核心，由电压采集电路、电流传感器、控制信号接口电路、反馈信号接口电路构成外围辅助电路，其特征在于，控制电路中，TFT液晶显示电路(10)与STM芯片(32)内部的SPI数据接口和静态存储器控制器接口连接；第二反馈信号接口电路(8)直接与STM芯片(32)内部ADC模块的接口相连接；第二控制信号接口电路(9)与STM芯片(32)内部DAC模块接口和普通IO口以及定时器模块输出接口直接连接；继电器驱动电路(11)以及状态显示LED(15)与STM芯片(32)的普通IO口连接；JTAG程序烧录接口(14)直接与STM芯片(32)程序烧录接口连接，稳压电源电路(13)输出3.3V电压给STM芯片(32)供电。
2.根据权利要求1所述的基于DC/DC变换模块的双向DC/DC变换器装置，其特征在于，稳压电源电路(13)其输入电压范围为14～40V，输出电源电压分为三类：1)12V电源给继电器驱动电路供电；2)5V电源给电流传感器以及电压跟随电路中的运放芯片供电；3)3.3V电源给STM芯片(32)供电。
3.根据权利要求1所述的基于DC/DC变换模块的双向DC/DC变换器装置，其特征在于，控制电路和DC/DC变换器电路中的第一反馈信号接口电路(6)与第二反馈信号接口电路(8)、第一控制信号接口电路(7)与第二控制信号接口电路(9)之间直接通过导线连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109672339A (zh) * 2019-02-26 2019-04-23 上海醇加能源科技有限公司 一种多通道数字电源
CN112421963A (zh) * 2020-11-10 2021-02-26 武汉泓承科技有限公司 一种输出高压宽范围可调的零伏起调隔离型dcdc电源

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