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双向DC-DC升压与降压变换器模块

Protel DXP version version model:CL-BB-01 MIT

For English version English Documentation.

模块描述

双向DC-DC升压与降压变换器在满足基础升压与降压功能的基础上,拓展了多种附属电路与功能。还能够维持较高的工作效率。

功能特性

模块具备以下功能特性:

  • 模块支持PWM、SPWM等控制信号
  • 使用同步整流大幅提升效率,两只开关管可单独控制
  • MOSFIT管基极具有电荷释放电路,防止电荷积累击穿MOS管。
  • 在输入与输出端口留有电压与电流采样电路。
  • 输入与输出预留万用表探测接口,方便测试。
  • 驱动电阻方便更换调整。
  • 关键供电点设置有低通滤波器电路位置,不用时短接即可。
  • 使用电阻更小的香蕉头接线柱。

注意:此模块需要另外的12V与5V为内置芯片供电。

数据参数

具体参数可参考下表:

⚠️警告⚠️

  • 由于作者精力有限,峰值电压为推测值,未经过严格的可靠性测试。所以峰值电压不代表您可以在此条件下长时间正常工作。请保护好自己的安全!
  • 建议典型值为作者实验与测试使用的数值,当您选择供电参数时,建议您查看元件的datasheet分析耐压值。
项目 峰值 建议典型值
输入电压 0V~100V 10V~60V
输出电压 0V~100V 10V~60V
输入电流 0A~4A 0A~2A
输出电流 0A~4A 0A~2A
内置芯片供电电压 0V~12V 5V、12V
控制信号电压 0V~5V 5V、3.3V

元件需求

本模块需要以下芯片与晶体管(常用电子元件以及封装请查看工程文档):

  • IRF540N
  • IR2110S
  • 电感
  • INA282

电路分析与注意事项

升压与降压主电路

电路下图所示:

R3与R12为康铜丝(采样电阻),采取电流大小,INA282对采样电阻两端的电压放大倍数为50倍,请酌情选择阻值。典型值为20毫欧。

输入与输出并联与地的电容请根据实际的滤波情况进行选择,不宜太大,因为太大的电容势必会造成更多的电荷损失,增加系统损耗。

R1、R2、R6、R7为电阻分压采样,其电压公式为:

其他同理。

电感的感值与承受的功率一般限制模块的最大工作功率,可以通过最大占空比、最大功率和频率计算。建议选取比计算值稍大的电感。

注意:电感的选用与模块工作的状态有关,需要了解的是,电感的感值与频率成反比。不建议选用太大的电感,因为会产生更多的漏磁现象,降低工作效率。

模块输入电压与输出电压的耐压值受制于电解电容的耐压值。但是尽量不要超过240V。

驱动控制电路

电路图如下:

此电路中,C3自举电容的作用将成为理解电路的关键。自举电容就是在低端管开通时充电积攒电压;在高端管将要开通时,将积攒的电压叠加在源极上传输给基极,实现高端管的开通。此电容的容值不必很大,使用钽电容也可达到同样的效果。

驱动电阻R4、R5建议选用10欧姆以内的电阻,以降低回路中的振铃幅度。作者使用的典型值为2.2欧姆。

注意:由于使用同步整流电路,两路控制信号请务必加入死区,切勿另两路同时开通,导致电路烧坏。

软件支持

您可以使用各类MCU、FPGA,生成驱动能力较强的PWM、SPWM波形,为模块提供控制信号。建议添加光耦隔离对主控进行保护。

作者使用STM32F407最小系统板,利用内置时钟直接生成PWM波供给模块,亦可应付大部分应用场景。

版本更新

  • v2.1 黑色版本。
  • v2.0 第二次打样。
  • v1.0 第一次打样。

License

本作品遵循MIT开源协议。您可以自由的再创作,但必须注明本作者。