付帥++趙俊哲

[摘 要]以雙向DC-DC Buck-Boost變換器為核心，用STC12C5A60S2單片機，差分式放大器，電阻分壓電路，繼電器等組成測控電路，來實現(xiàn)鋰電池自動充放電的控制與狀態(tài)檢測。使鋰電池充電更安全高效。

[關(guān)鍵詞]雙向DC-DC Buck-Boost變換器 鋰電池充放電 狀態(tài)監(jiān)測

中圖分類號：TM911 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0130-01

1、總體框架設(shè)計

該系統(tǒng)由一個雙向DC-DC變換電路、電壓采集和電流采集電路、鋰電池組、測控電路、直流穩(wěn)壓電源以及輔助電源組成。其基本原理如下：

由直流穩(wěn)壓電源輸出得到穩(wěn)定的30V電壓，通過雙向DC-DC變換電路對鋰電池組進行恒流充電并通過脈寬調(diào)制實現(xiàn)對充電電流步進調(diào)整。測控電路測量并顯示當(dāng)前的充電電流，并且實時監(jiān)控電池組兩端電壓進行過充保護。

2、雙向DC-DC變換器設(shè)計

雙向Buck-Boost的主電路如圖所示，電路圖中包括兩個開關(guān)管、兩個二極管、一個電感、兩個電容和兩個電源。其中兩個開關(guān)管互補導(dǎo)通，即Q1開通時Q2關(guān)斷，Q2開通時Q1關(guān)斷。Q2 保持關(guān)斷，Q1 采用 PWM 方式工作，變換器實際為一個 Buck 電路，能量從V 1傳輸?shù)絍2 ；Q1保持關(guān)斷，Q 2采用 PWM 方式工作，變換器實際為一個 Boost 電路，能量從V2傳輸?shù)絍 1。交替工作方式。即電感電流有正有負(fù)，1）在t0到t1期間，Q1導(dǎo)通但不通過電流，從而實現(xiàn)零電壓開通，電流通過D1，期間iL為負(fù)值；2）在t1到ton期間，Q1導(dǎo)通并通過電流，iL為為正值并逐漸增加；3）在ton到t2期間，Q2導(dǎo)通但不通過電流，實現(xiàn)零電壓開通，電流通過D2續(xù)流，iL為正值并逐漸減??；4）在ton到T期間，Q2導(dǎo)通并通電流，iL為負(fù)值并逐漸增加。

為了防止兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通，應(yīng)通過合理設(shè)計電感L大小制造死區(qū)時間，即使開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通，并避免二極管的反向恢復(fù)問題。

與傳統(tǒng)的采用雙-單向 DC/DC 變換器來達到能量雙向傳輸?shù)姆桨赶啾?，雙向 DC/DC變換器應(yīng)用一個變換器來控制能量的雙向傳輸，使用的總體開關(guān)器件數(shù)目少，且可以更快的進行功率傳輸方向的切換。而且，一般雙向 DC/DC 變換器更方便在現(xiàn)有的電路上使用同步整流工作方式，有利于降低通態(tài)損耗?？傊p向 DC/DC 變換器具有高效率、體積小、動態(tài)性能好和成本低等優(yōu)勢。

3、 電壓電流采樣電路設(shè)計

外部電壓輸入到采樣電路第一級電壓跟隨器，電阻R1、R2進行分壓，實現(xiàn)10倍衰減，進而匹配ADC的基準(zhǔn)電壓，由于單片機內(nèi)部阻抗較小，因此在最后一級加入電壓跟隨器將衰減后的采樣電壓輸入到單片機內(nèi)部的ADC。

下圖中R0為阻值為0.1Ω的康銅絲，具有阻值小功率大的特點，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，后級采用OP07進行電壓信號的比例放大，放大倍數(shù)為15倍，進而匹配ADC的基準(zhǔn)電壓。

4、 保護電路設(shè)計

保護電路是由三極管、保護二極管和繼電器構(gòu)成。其中三極管的基極通過一個電阻連接到單片機，當(dāng)單片機控制端給三極管的基極送低電平時三極管Q2導(dǎo)通，繼電器吸合；當(dāng)單片機控制端給三極管送高電平時，三極管截止，繼電器斷開。在繼電器上反接了一個二極管，線圈通電正常工作時，二極管對電路不起作用。當(dāng)繼電器線圈在斷電的一瞬間會產(chǎn)生一個很強的反電動勢，在繼電器線圈兩段反向并聯(lián)二極管就是消耗這個反電動勢的。

結(jié)束語

本產(chǎn)品通過雙向DC-DC變換電路對鋰電池組進行恒流充電并通過脈寬調(diào)制實現(xiàn)對充電電流步進調(diào)整，以STC12C5A60S2單片機為核心的測控電路測量并顯示當(dāng)前的充電電流，并且實時監(jiān)控電池組兩端電壓進行過充保護。使鋰電池充電更安全高效。

參考文獻

[1] 郭天祥 《新概念51單片機C語言教程》，電子工業(yè)出版社。

[2] 肖金球 《增強型51單片機與仿真技術(shù)》，清華大學(xué)出版社。

[3] 王兆安，劉進軍《電力電子技術(shù)（第五版）》，機械工業(yè)出版社。

作者簡介

付帥（1994-12），男，安徽宿州人，北華航天工業(yè)學(xué)院，本科在讀，研究方向：測控技術(shù)與儀器（智能儀器儀表） 趙俊哲（1994-11）女，河北省石家莊市人，北華航天工業(yè)學(xué)院，本科在讀，研究方向：自動化