从零开始三端口DC-DC变换器
1、 题目解析
- 基本要求
（1） U S = 50 V 、 I O = 1.2 A U_S=50V、I_O=1.2A US=50V、IO=1.2A 条件下，变换器工作在模式I， U O = 30 V ± 0.1 V ， I B ≥ 0.1 A U_O=30V±0.1V，I_B≥0.1A UO=30V±0.1V，IB≥0.1A。
（2） I O = 1.2 A 、 U S I_O=1.2A、U_S IO=1.2A、US 由45V 增加至55V ，电压调整率 S U ≤ 0.5 S_U ≤ 0.5% SU≤0.5 。
（3） U S = 50 V 、 I O U_S=50V、I_O US=50V、IO由1.2A 减小至0.6A，负载调整率 S I ≤ 0.5 S_I ≤ 0.5% SI≤0.5。
（4） U S = 50 V 、 I O = 1.2 A U_S=50V、I_O=1.2A US=50V、IO=1.2A 条件下，变换器效率 η 1 ⩾ 90 \eta_1 \geqslant 90% η1⩾90。 - 发挥部分
（1） I O = 1.2 A 、 U S I_O=1.2A、U_S IO=1.2A、US由55V减小至25V，要求：变换器能够从模式I自动转换到模式II；在US全范围实现最大功率点跟踪，偏差 δ U I = ∣ U I − U s 2 ∣ ⩽ 0.1 V \delta_{U_I} = |U_I - \frac {U_s}{2}| \leqslant0.1V δUI=∣UI−2Us∣⩽0.1V电压调整率 S U ≤ 0.1 S_U≤0.1% SU≤0.1。
（2） U S = 35 V 、 I O = 1.2 A U_S=35V、 I_O=1.2A US=35V、IO=1.2A条件下，变换器工作在模式II, U O = 30 V ± 0.1 V U_O=30V±0.1V UO=30V±0.1V，效率 η 2 ≥ 95 \eta_2≥95% η2≥95。
（3） U S = 35 V 、 I O U_S=35V、 I_O US=35V、IO 由1.2A减小至0.6A，变换器能够从模式II自动转换到模式I，负载调整率 S I ≤ 0.1 S_I ≤ 0.1% SI≤0.1。
（4）其他。
2、方案介绍
1 主回路拓扑方案
采用Boost 升压电路并联双向DC-DC 变换电路。在模拟光伏电池后级连接Boost 升压电路控制电路的输入端，以实现最大功率点跟踪功能，并在锂电池的后级连接双向DC-DC 电路控制输出电压的稳定。该电路结构较为简单，所使用元器件较少。该电路结构图如下：
2 输出稳压电路拓扑方案
采用同步Buck拓扑结构。该拓扑的反向拓扑为同步Boost电路拓扑，即该拓扑只能实现正向的降压变化和反向的升压变换，但该电路结构简单，使用一个半桥驱动芯片即可实现电路的控制。同步Buck拓扑结构如下：
3 MPPT方案
采用内阻计算法。根据最大功率传输理论可知，当模拟光伏电池内阻 与外阻相等，即输入电压恰好为电动势的一半时，达到最大功率点，根据当前输入电压计算电池电动势，可知，需要通过PID算法调整输入电压为电池电动势的1/2。缺点是每次重启电路时需要重新计算电动势，速度较慢。
3、硬件电路
1 双向DC-DC 变换电路
双向DC-DC 变换电路采用同步Buck 电路，如下图所示：
采用半桥控制芯片UCC27211 与损耗较低的CSD19536 开关管搭建栅极自举驱动电路，输出两路PWM波来控制半桥电路的两个开关管的开断，两路PWM波互为镜像，并设置200ns左右的死区时间，以防止两个开关管同时导通。
2 辅助电源电路设计
系统中UCC27211使用+12V直流电压，单片机供电、INA282以及ADS8688需要使用+5V供电，利用集成降压芯片LM5164搭建辅助电源电路可得到12V与5V电压。辅助电源电路图如下图：
3 电流采样电路设计
根据题目要求，输出电流范围为0.6~1.2A，选取阻值为20 Ω \Omega Ω的康铜丝采样电阻，计算可得采样电阻两端电压范围为12~24mV，经过INA282适当放大之后输出至A/D转换器。采样电路图如下图：
4、出现的错误
- 电流采样不准
由于所用的康铜丝阻值太小，导致芯片读取到的数值变换幅度太小，从而影响采样精度。更换康铜丝后得到解决。 - 输出电压调节范围小
当使用电阻代替电池端时，基本无法控制输出端电压。
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