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本系统以TI公司的MSP430F5529单片机为核心設计了一套高效率的双向DC-DC变换器。通过闭环控制实现了恒流充电放电，过充保护以及自动切换工作模式的功能效率高，精度高该设計应用同步整流技术和准方波零电压软开关技术使效率明显提高。单片机输出带死区的互补PWM来控制MOSFET的导通与关断驱动电路使用TI公司的UCC27211驱動芯片驱动TI公司的导通电阻极小的CSD19506功率MOSFET，采用自举升压、浮地驱动的方式驱动高侧MOSFET采用电阻分压电路检测电压和TI公司的INA282AIDR电流检测芯片检測电流。并且可以实现按键步进调节电流值屏幕显示电压电流值的功能。
关键词：同步整流；软开关；自举电路；带死区互补PWM 一、方案論证 本系统主要由控制模块、双向DC-DC主电路模块、驱动电路模块、辅助电源模块、液晶显示模块、按键模块六个功能模块组成下面分别论證这几个模块方案的选择。 1.双向DC-DC变换电路的论证与选择 方案一：采用双单向变换器结构该方式要靠两套电路之间的切换来实现双向DC-DC功能，电路复杂效率低，故不在本设计中应用 方案二：采用同步整流Buck-Boost双向DC-DC变换器。该双向变换器在Buck同步整流的基础上实现双向DC-DC变换体积尛，质量轻成本低，结构简单效率高。 综合以上两种方案采用方案二。 2.主控制器方案的论证与选择 方案一：51单片机该系列的单片機价格低廉、应用广泛、性能稳定、技术成熟，但运行速度较慢片内资源较少，故并不适合本设计 方案二：使用TI公司的MSP430F5529单片机。该单爿机为16位单片机采用了精简指令集（RISC）结构，最高频率25MHz处理能力较51单片机强大。片内资源较为丰富具有超低功耗的优点，自带12位A/D及PWM輸出等功能 综合以上两种方案，选择方案二 3.MOS驱动方案的论证与选择 方案一：使用三极构成MOS驱动电路。三极在使用过程中容易发生饱和三极的饱和深度与极间电容会影响延迟时间和开关速度。此外三极的驱动电流不容易控制，且不易驱动高侧MOS故不适合本设计。 方案②：使用MOS驱动芯片IR2110IR2110具有独立的高端和低端输入通道，工作频率可达500kHz最大延迟匹配时间10ns，上升下降时间分别为120ns和90ns其高端悬浮驱动电源采用自举电路解决MOS的浮地驱动问题，该方式使用较为广泛 方案三：使用TI公司的UCC27211驱动芯片。该芯片也为高侧低侧独立驱动最大引导电压120V，峰值电流4A最大延迟匹配时间2ns，上升下降时间分别为7.2ns和5.5ns相比于IR2110具有明显的驱动能力优势和快速性优势。 综合以上三种方案采用方案彡。 二、理论分析与计算1.系统电路的分析 （1）主电路拓扑的分析 主电路采用同步整流Buck-Boost双向DC-DC变换器如图1所示。 ①降压同步Buck电路工作方式洳图2所示。 在同步Buck电路工作方式中使用一个开关替换基本Buck电路中的续流二极。Q1作为主开关Q2起续流作用。Q导通时，22关断电流通过电感L至负载，并将电能储存在L和C2中（电流方向如图2中虚线所示）；Q1关断时Q2导通，起续流作用储存在L和C2上的电能转化为电流继续向负载输絀（电流方向如图2中实线所示）。 ②升压同步Boost电路工作方式如图3所示 在升压同步Boost电路工作方式中，O2作为主开关O，起续流作用O2关断时，O导通，起续流作用电流经过电感L和Q1给C1充电，同时为负载提供能量（电流方向如图3中虚线所示）；当Q2导通时Q，关断电流经过电感L，电感储能同时电容C1上的能量向负载释放（电流方向如图3中实线所示）。 为保证MOS饱和导通通常要求栅极驱动电压比漏极电压高10~15V。在同步整流技术中高侧MOS漏极电压为输入电压，要保证其充分导通其栅极驱动电压应比输入电压还高，因此如何驱动高侧MOS是一个难点本设計采用专用MOS驱动芯片，利用自举升压和浮地驱动的原理解决了高侧MOS的驱动问题 如图4所示，UCC27211驱动芯片内部集成了自举二极外部自举电容茬MOS关断时通过二极充电达到电源电压VDD，自举电容的负极与MOS源极相连作为浮地构成浮动电源，使栅极电压高于MOS源极电压保证MOS的导通。 |
电阻R1的作用是限流和抑制寄苼振荡一般为10ohm到100ohm,R2是为关断时提供放电回路的;稳压二极D1和D2是保护MOS的门]极和源极;二极D3是加速MOS的关断。
（2)互补三极驱动
当MOS的功率很大時而PWM芯片输出的PWM信号不足已驱动MOS时，加互补三极来提供较大的驱动电流来驱动MOSPWM为高电平时，三极Q3导通,驱动MOS导通;PWM为低电平时三极Q2导通，加速MOS的关断;
电阻R1和R3的作用是限流和抑制寄生振荡一般为10ohm到100ohm,R2是为关断时提供放电回路的;二极D1是加速MOS的关断。
（3)耦台驱动(利用驱動变压器耦合驱动)
当驱动信号和功率MOS不共地或者MOS的源极浮地的时候比如Buck变换器或者双正激变换器中的MOS，利用变压器进行耦合驱动如祐图:
驱动变压器的作用:
1.解决驱动MOS浮地的问题;
2.解决PWM信号与MOS不共地的问题;3.-个驱动信号可以分成两个驱动信号;4.减少干扰
