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基于微控制器的全数字双向DC/DC变换器的研制

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式中:tDFFmin为主管S1的最短关断时间;
VPmax为最大输入电压。
然后可求得负责变压器原边磁通复位的第三 绕组的匝数N3为

2.3.2 输出滤波电感L的计算

要计算输出滤波电感的电感量,首先应确定流经电感的电流△IL的大小。从电感线圈的外形尺寸、成本、过渡响应等方面考虑,△IL取输出电流Io的10%~30%比较合适。在本文中,为了更好地限制输出电流中的纹波含量,取△IL为输出电流Io的10%。综上,由式(13)可求得电感L的大小。

2.3.3 输出电容C4的计算

输出电容的大小丰要由输出纹波电压抑制的限值而确定,也就是由△IL以及输出电容的等效串联电阻ESR确定。通常输出纹波电压取为输出电压的0.3%~O.5%,在本文中纹波电压取0.3%。所以,可求得

在求出ESR后,可根据厂家提供的产品手册选取合适的滤波电容。

3 实验结果

实验样机的主要元器件选型及设计参数如下:主功率器件为HITACHI(日立)的2SKl317,整流管和续流管采用的是IRL3803,变压器原边磁复位电路中所用的二檄管为PHILIPS(飞利浦)的BYV26G。这里必须指出的是,在进行整流管和续流管的选型时,除了要考虑功率器件的耐压、通流能力外,还应特别注意导通电阻值的大小。本文选择的IRL3803是IR公司推出的专门用于同步整流的MOS管,导通电阻只有6mΩ,能够最大程度减小导通损耗和从而减小发热。由式(5)~式(14)计算可得变压器原边、副边、第三绕组的变比为170:3:255;输出滤波电感为14.72μH;电容为9900μF。负载为单体铅酸蓄电池。
实验主要技术条件如下:开关频率为55kHz。正向工作时,输入电压Vi为400(1±5%)V,额定输出电压Vo为2V、输出电流为20A;反向工作时,输入电压为2(1±10%)V。
经测最,系统工作时稳压、稳流精度均可达到小于O.5%的设计要求;装置最高效率为86.7%。主要实验波形如图6~图8所示;能量正/反向流动时,系统的效率曲线如图9所示。

图6为给蓄电池充电时整流管、续流管驱动信号的实测波形。此时原边主管波形与整流管完全同步。图6中通道l为整流功率器件的驱动波形,通道2为续流功率器件的驱动波形。图7为能量反向流动时,整流功率器件、续流功率器件的驱动信号实测波形,此时原边主功率器件不动作。图7中通道1为整流功率器件驱动波形,通道2为续流功率器件驱动波形。图8为能量正向流动时,DC/DC变换器输出2V电压的实验波形。从图8中可看出,输出稳压精度高,电压纹波很小。

4 结语

本文提出了一种基于微控制器LPC2119的全数字双向DC/DC变换器。其主要特性有:
(1)采用全数字控制,硬件设计简洁、可靠性高;
(2)应用同步整流有效降低通态损耗,系统效率高;
(3)输出稳压、稳流精度高,系统控制性能好;
(4)系统成本低。
实验证明本变换器原理正确,工作安全可靠且具有良好的控制性能,可应用于单体蓄电池充/放电等多种既要输出低压大电流又要控制能量双向流动的场合,具有广阔的市场前景。

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