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开源链接(立创开源平台)(含代码,原理图,pcb)
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工程原理:
- BUCK变换器电压增益公式推导:
设输入电压为Ud,输出电压为Uo,开关管开启的占空比为D,一个周期时间为Ts。
在连续模式下,开关变换器中电感电压必然周期性重复,每个开关周期电感的储能为0,则有(Ud-U0)*D*Ts-Ud*(1-D)*Ts=0,解得Uo/Ud=D,即连续模式下buck电路的电压增益为D。
在断续模式下,设二极管续流占空比为D1.则有(Ud-Uo)*D*Ts-Uo*D1*Ts+0=0,解得Uo/Ud=D/(D+D1). 且电感两端的电压UL=L*diL/dt,对两边积分得L*ILmax=(Ud-Uo)*D*Ts,解得Io=(D+D1)*Ts*ILmax/(2*Ts),即可得出D+D1的值,代入不连续模式下的电压增益公式可得M=D^2*L*fs/(Ud8(1-M)*D)。
定义Ib=Ud/L*fs(基值),Io*=Io/Ib(比例)。推导出buck电路的电压增益公式为:连续模式下,M=D, 断续模式下,M=D^2/(2*Io*+D^2)
- BOOST变换器电压增益公式推导:
设输入电压为Ud,输出电压为Uo,开关管开启的占空比为D,一个周期时间为Ts。
在连续模式下,电感每个周期的电流变化为0,UL=L*diL/dt,对两边积分得
故连续模式下BOOST电压增益为1/(1-D)
在不连续模式下:
对于输出电流,在一个周期内,总的输出电流等于总的流经电感的电流。根据流经电感的电流-时间图,矩形面积为输出电流与时间的乘积,三角形面积为流经电感的电流与时间的乘积。
- 双向DCDC变换器电压增益公式推导:
在纯buck和纯boost模式下,电压增益分别与buck变换器和boost变换器一致。
在buck-boost交互模式下:
故综合得出,设管1开通占空比为D1,管2开通占空比为D2,D1+D2=1,则双向DCDC变换器的电压增益为D1或1-D2
工程解释:
根据以上分析,本电路目的在于将9v-50v(最高可至600v,50v仅是受到了电解电容的耐压限制)的电压自动降到9v进行输出。通过单片机输出PWM波实现。例如输入18v,输出9v,pwm波占空比即为50%;输入12v,输出9v,pwm波占空比即为75%,以此类推。那么pwm波的输出逻辑设置就比较简单,采用简单的pid算法即可实现(见工程代码文件的mian.c)
实物演示:
见视频附件(电压表在左侧),可见输入电压在13v至24v之间变化时,输出都可稳定在9v左右。