双向DC-DC变换器摘要：双向DC/DC变换器是一种可以实现“一机两用”的设备，可用其得到能量的双向传输，并且在有些需要能量双向流动的场合，双向DC/DC变换器可大幅度减轻系统的体积、重量以及成本价值，有着重要的研究意义。
首先介绍的是双向DC/DC变换器的概念、应用场合以及其研究现状，并在此基础上分析了电压—电流型双向全桥DC/DC变换器；Buck充电模式时，高压侧开关有驱动信号，低压侧开关管驱动信号封锁，仅用功率开关管的体二极管整流；此时电路为电压型全桥结构；Boost放电模式时，低压侧开关管有驱动信号，高压侧开关管驱动信后封锁，仅用功率开关管的体二极管整流；此时电路为电流型全桥结构。
然后，分别对buck充电模式和boost放电模式的工作原理进行了分析。
最后利用Proteus软件分别对buck充电模式和boost放电模式的开环和闭环进行了仿真，给出了各部分的波形图，最后得出的仿真结果和理论一致。
关键词：双向DC-DC变换器 Buck充电模式 Boost放电模式目录前言 (3)1.方案论证 (4)1.1方案一 (6)1.2 方案二 (6)1.3 方案选择 (7)2.电路设计和原理 (7)2.1 5V电压源电路设计 (7)2.2 0.1s (8)2.2.1 引脚及功能表 (9)2.2.2 (10)2.3 计数电路设计 (11)2.4电路设计 (13)2.5显示电路设计 (14)2.6控制电路设计 (15)3.软件仿真调试 (15)3.1 软件介绍 (15)3.2 调试步骤及方法 (16)4.故障分析及解决方法 (17)5.总结与体会 (18)附录： (20)A、总体电路图 (20)B、元器件清单 (20)C、元器件功能与管脚 (21)D、参考文献 (24)前言当您电池的最后一焦耳电能被耗尽时，功耗和效率就将真正呈现出新含义。
以一款典型的手机为例，即使没有用手机打电话，LCD屏幕亮起、显示时间及正在使用的网络运营商等任务也会消耗电力。
如果它是一款更高级的手机，还可以播放您喜爱的MP3音乐或浏览视频数据。
不过，每为手机增加一种功能，实际上也增加了电池的负担。
对于很多手机设计者来说，能否延长可用电力的使用时间是您的手机在下次充电前能够持续多久的关键所在。
这也就意味着电力需要在各种功能模块间保护和预算，最大限度地延长电池的寿命和使用。
要实现其效率，并不单单意味着DC-DC转换器在负载指定的某个操作点可以获得多高的效率，而是在DC-DC转换器整个载荷范围内这种高效率能够维持多久。
一般来说，大部分DC-DC转换器都指定可以达到的最大效率数字，而且人们也通过选择一个非常大的数字（如95%），毫不犹豫地选择一个合适的转换器。
然而，要真正地充分利用这个效率，还需要把转换器的曲柄转到可以实现最大功率转换的操作点上。
如果未转到这个点，就不能达到95%的效率。
而且因为这个问题，根据所应用的载荷，有时甚至达不到60%的效率。
双向DC/DC 变换器的功能是：供电正常时作为电池组的充电器，保持电池充足电状态；在供电故障后将电池组电压转变为直流母线电压，给负载供电。
通常，电池组充电的功率较小，放电时功率较大，因此对Bi- DC/DC 的功率等级应依放电功率为准。
使用双向DC/DC 变换器的好处是，可以将电池的充放电的工作分离出来，用双向DC/DC 变换器单独处理蓄电池的充放电操作，更容易优化充放电过程，对于延长蓄电池的寿命和提高充电效率都有好处。
1.方案论证1.1方案一:电源模块：12V稳压电源电池组：5节18650型的2800mAh的锂离子电池串联在一块辅助电源：1-20V可调的电源双向DC-DC变换电路：利用反向的时候是反激模式，低边的两个管子有重叠占空比。
测控电路：利用stm32控制pwm波，从而调整mos管的通路与断路1.2方案二电源模块：12V稳压电源电池组：5节带保护板的18650型2800mah的锂离子电池辅助电源：利用DC-DC升压模块，可实现0.13V-54.5V的电压值双向DC-DC变换电路：测控电路：利用stm32控制pwm波，从而调整mos管的通路与断路。
研究意义随着电力电子学的发展，电路拓扑不断发展衍生控制技术不断成熟，产生了双向DC/DC拓扑结构和控制策略，双向DC/DC电力变换器能够实现功率的双向流动，代替了以往需要两台DC/DC变换器才能完成的任务，双向变换器在双向功率流动场合的广泛应用，使得系统减少了功率器件爱你的使用量，提高了功率密度，降低了损耗进而提高功率。
在系统的大功率电力电子系统中，控制器由模拟元件构建而成。
今年来，随着控制器的发展，在电力电子控制系统中，数字控制器逐渐代替传统的模拟控制成为主流。
传统的模拟控制方式依靠对系统建立数学模型，进而设计出补偿网络来实现对系统的控制。
在大功率、高电压场合，1、2电感降压式DC／DC变换器：电路原理框图如图所示。
图电感降压式DC／DC变换器原理框图图中，VIN为输入电压，VOUT为输出电压，L为储能电感，VD为续流二极管，C为滤波电容，R1、R2为分压电阻，经分压后产生误差反馈信号FB，用以稳定输出电压和调输出电压的高低。
电源开关管V既可采用N沟道绝缘栅场效应管（MOSFET），也可采用P沟道场效应管，当然也可用NPN型晶体管或PNP 型晶体管，实际应用中，一般采用P沟道场效应管居多。
降压式DC／DC变换器的基本工作原理是：V开关管在控制电路的控制下工作在开关状态。
开关管导通时，FIN电压经开关管S、D极、储能电感L和电容C 构成回路，充电电流不但在C两端建立直流电压，而且在储能电感L上产生左正、右负的电动势；开关管截止期间，由于储能电感L中的电流不能突变，所以，L通过自感产生右正、左负的脉冲电压。
于是，L右端正的电压→滤波电容C一续流二极管VD→L左端构成放电回路，放电电流继续在C两端建立直流电压，C两端获得的直流电压为负载供电。
因此，降压式DC／DC变换器产生的输出电压不但波纹小，雨且开关管的反峰电压低。
1.3 双向 DC/DC 变换器的现状和发展1.3.1双向直流变换器的现状20世纪80年代初，为减轻人造卫星太阳能电源系统的体积和重量，美国学者提出用Buck/Boost型双向DC/DC变换器代替蓄电池充电器和放电器。
此后人们对人造卫星用蓄电池调节器进行了深入研究，并使之进入了实用阶段。
按照双向 DC/DC 变换器的构成方法，双向 DC/DC 变换器可以由单向 DC/DC 变换器演变而来，按输入和输出之间是否有电气隔离，或功率开关器件的个数进行分类。
非隔离型双向 DC/DC 变换器有：Bi Buck-Boost、Bi Buck/Boost、Bi Cuk、等，这类变换器只能实现电流的双向流动，并不能改变电压的极性，故称为电流双向变换器，即在电压和电流为坐标的平面内，仅电流可正可负，变换器工作在第 I 和第 II 象限。
电压双向变换器则只能实现电压极性的变换，电流方向不变，变换器工作在第 I 和第Ⅳ象限。
桥式直流变换器既能实现电流的正与负，也能改变输出电压的极性，为四象限直流变换器。
因而这种四象限直流变换器对直流电机电枢供电时，可以使直流电机在四个象限区域工作。
隔离型双向 DC/DC 变换器有：反激式双向(Bi flyback)DC/DC 变换器，正激式双向(Bi forward)DC/DC 变换器，双向半桥(Bi half bridge)DC/DC 变换器，双向推挽(Bi push-pull)DC/DC 变换器，双向全桥(Bi full bridge)DC/DC 变换器等。
不仅同一种类型的隔离直流变换器可构成隔离型双向 DC/DC 变换器，而且不同形式的隔离直流变换器也可组合成隔离型双向 DC/DC 变换器。
双向直流变换器按开关转换条件，也可分为硬开关和软开关两类。
桥式直流变换器有两类：一类是由双电压源型桥式直流变换器构成，主变压器两侧电路结构对称；一类是由电压源型桥式直流变换器和电流源型桥式直流变换器构成。
这两种桥式变换器均可具有软开关特性。
控制方式有两种：①变压器两侧开关管相移控制, 变压器有等效电感，通过控制两侧变换单元之间的相位关系来调节两个电源之间的能量传输大小和方向；②只对变压器一侧开关管进行控制，来调节向另一侧传递能量的大小，另一侧开关管用其反并联二极管整流，工作原理类似单向直流变换器。
1.3.2 双向直流变换器的发展双向直流变换器和电力电子变换器一样，基本要求是：工作可靠性高、体积小、重量轻、电气特性好等。
可靠性是最主要的要求，它是衡量成功率的尺度，通常以平均故障间隔时间，MTBF（以小时计）来表示，也可用平均故障间隔时间的倒数——故障率，即每一千工作小时的故障次数来表示。
高的可靠性来自良好的设计、认真的制造、全面的检查、合理的使用、准确地安装和正确的维修。
电力电子变换器应该在合适的供电条件下不依赖于其他条件正常工作。
变换器的故障不应导致给它供电电源的故障，也不应引起与其连接的其他设备的故障。
变换器的故障应不导致不安全状态，不扩大故障，更不造成火灾等严重事故。
体积小、重量轻体现双向DC/DC变换器是一种典型的“一机两用”设备。
电力电子变换器的电气性能包括供电电源的适应性、输出电能质量、电能转换效率和电磁兼容性等方面。
提高电能转换效率是电力电子变换器永恒的追求。
低损耗，就会有低温升和小的体积重量，因而就有高的可靠性。
电磁兼容性既要考虑到不受外界干扰信号大的影响，又要不危害其他设备的正常工作。
双向 DC/DC 变换器是电力电子变换器的组成部分，其发展方向基本相同。
但双向DC/DC 变换器是电力电子变换器的一个新分支，是伴随航空航天、电动汽车等新的无污染能源科技的发展而发展起来的，其前景十分广阔。
B、元器件清单。