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2015年全国大学生电子设计竞赛

论文

A题：双向DC-DC变换器

2015年8月15日

双向DC-DC变换器（A题）

摘要

本设计采用PWM技术来实现双向DC—DC变换，可由外部电源给锂电池

充电，当外部电源低于30伏时则由锂电池直接给负载供电，且两者可以根据外

部电源电压与锂电池电压的高低进行自动切换。本设计使用BUCK（直流斩波

降压电路）电路实现恒流充电，采用BOOST（直流斩波升压拓扑电路）实现锂

电池给负载恒压供电。本设计使用STM32为主控模块，主要采用TL494来产

生单路PWM波，该PWM波进入半桥驱动芯片IR2401后可产生两路互补的

PWM波，以此驱动相应大功率场效应管，该驱动方式属于同步整流的范围，

因此其效率可达到90%以上。

关键字：DC-DC，STM32，BOOST电路，BUCK电路，同步整流

Abstract

ThisdesignusesPWMtechnologytoachievetwo-wayDC-DCtransform,

powersupplyislowerthan30volts,andthetwocanautomaticallyswitchaccording

tothevoltageoftheexternalpowersupplyvoltageandthelithiumbattery.The

designusesBUCK(DCchoppercircuit)circuittoachieveconstantcurrentcharging,

usingBOOST(DCchopperboosttopology)toachievealithiumbatterypower

supplytotheload.ThisdesignusetheSTM32asthemaincontrolmodule,themain

useofTL494toproduceasinglePWMwave,thePWMwaveafterenteringthehalf

bridgedriverchipIR2401cangeneratetwocomplementaryPWMwave,soasto

drivethecorrespondinghighpowerfieldeffecttransistor,thedriveisthe

synchronousrectificationrange,sotheeffectratereachedmorethan90%.

Keywords:DC-DC,STM32,BOOSTcircuit,buakcircuit,synchronousrectifier

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一、方案论证及比较

1.拓扑方案的选择和论证

方案一：使用LM2596分别做两个电路，一个用MAX417和LM2596做恒流源，

实现外部电源给电池恒流充电，另一路使用LM2596作恒压源，实现电池给负载

供电。

方案二：用BUCK电路作为降压恒流源，实现给电池充电，用BOOST来升压

实现电池给负载供电。这两个电路都是使用场效应管和续流二极管实现的，存

在效率低的缺点。

方案三：方案三和方案二类似，使用的都是BUCK和BOOST拓扑电路，但使

用了同步整流电路。同步整流是现在做电源的很好的一个整流电路，它可以很

好的提高效率。

由于在这道题中对效率的要求要达到90%以上，为了能满足设计的需求，

所以选择方案三。电路图如图1-1所示。

图1-1BUCK与BOOST与同步整流电路拓扑

2.产生PWM波方案

方案一：使用STM32的PWM功能，产生两路的互补的PWM波，外加驱