电赛c题

1.前言

        听到举办立创搞电赛征集令，我赶紧报了名，认认真真开始搞这个项目，这个题目是2021本科组国赛题，这个题目全部用stm32写完，希望做到大部分人都可以跟着一起做，本作品只要有兴趣的都可以跟着一起做，我把技术细节和源代码全部开源，第一次开源没有什么经验，有不足的希望大家多多指教，互相学习。这里还要感谢一下嘉立创打样，所有作品都经过嘉立创打样才有更好的指标。

      

2.个人介绍

卞YC

江苏南通

即将毕业于某二本学校

获奖经历

2020年参加TI杯获得省一

2021年参加TI杯获得国一

3.项目分析

1.1基本要求

设计并制作三端口 DC-DC 变换器，其结构框图如图 1 所示。
变换器有两种工作模式：模式I，模拟光伏电池向负载供电的同时为电池组充电（IB>0）；模式II，模拟光伏电池和电池组同时为负载供电（IB<0）。
根据模拟光照（US 的 大小）和负载情况，变换器可以工作在模式I 或模式II，并可实现工作模式的自动转换，在各种情况下均应保证输出电压UO稳定在30V。

根据题目要求我们来分析一下这个题目各项指标该如何完成
主电路采用两块DCDC电路
第一块DCDC将电源输出的电压升压到稳定的30V,实现30V稳压输出
第二块DCDC电路用于控制电池充放电,通过控制充放电速率,改变电路的等效电阻,实现最大功率点追踪
电流检测模块用于电池充放电电流监测
辅助电源用于给单片机及电路芯片供电首先是基础部分,稳压输出为30V,输出电流需要1.2A,选择2个50欧姆电阻并联作为负载,通过改变第二块DCDC工作状态,改变池的充电功率,来实现输出电压稳定30V.
由于基础部分不考虑最大功率点,所以只需要控制电池充电一路的功率即可实现稳压输出.其次是发挥部分.通过采集输入电压Uin 输入电流Iin,以及已知输入电阻=10R,单片机可实时可计算得到输入电压Us.
通过改变第一块DCDC电路的占空比,改变升压比例,实现输功率点追踪,使得输入电压Uin达到二分之一Us,同时保证输出电压稳定在30V,即可完成全部要求.
人机交互方面采用OLED屏，简便且低功耗，对系统占用也比较少.

 

5.理论分析与计算

最大功率点可全程追踪,即可避免基础发挥功能切换的问题.输入电压在最大功率点都低于30V,所以DCDC1一直工作在升压状态.
电池充放电有一个临界状态,占空比的改变是连续的,模式切换只需要稳定30V输出,在单片机的闭环内可连续实现.
 

4.结构框架

 

电路总体模块如图所示。

DC-DC主电路 原理图

DC-DC主电路 PCB

DCDC电路采用IR2109作为mos驱动,mos选择IRF3205,耐压55V,足以满足题目要求

双向电流检测电路 原理图

双向电流检测电路 PCB
电流检测模块用于计算输入电流,以及电池充放电状态的监测
一个电流检测为洞洞板焊接，原理图与此相同

4.辅助电源

辅助电源  原理图

辅助电源  PCB
将Uin转换为适合单片机以及芯片所需的电压

5.程序控制逻辑

系统软件设计分析

5.1 系统总体工作流程

① 首先对电路初始化，计算输入适合电路开始工作的pwm波并使能电路。

② 通过PID法调节下方DCDC的PWM波占空比，是输出电压稳定在30V

③ 在30V稳定的基础上，使用MPPT法调节上方DCDC的PWM波占空比实现寻找最大功率因素点。此后输出电压会改变，回到操作②，如此往复，电路会停在一个输出电压稳定，并且功率因素最大的点上

④ 在③稳定实现的基础上，通过电路反馈值判断电池充放电状态以得知电路处于模式1，还是模式2。并完成题目要求的某些需要单片机控制的指标。

5.2 主要模块程序设计

由于题目发挥部分和基础题某些指标需要追踪最大功率因素点，因此用到了光伏系统中常用的MPPT算法，MPPT具体使用方案具体方案——干扰观测法

干扰观测法，通过将电路的输出功率和上次的相比较，来确定增加或减少太阳能电池板工作电压来实现MPPT。

设在某一时刻t1，电池板的输出功率为P1，处理器输出信号使太阳能电池板工作电压增大ΔV，一段时间Δt后，在时刻t2（t2=t1+Δt）检测到太阳能电池板的输出功率为P2。若 ΔP（ΔP=P1-P2）为正，则应该使太阳能电池板工作电压继续增大ΔV，直到ΔP=0；若ΔP为负，则应该使太阳能电池板工作电压减小ΔV，直到ΔP=0。

对于ΔV，应选取合适的值。如果ΔV的值太大，太阳能电池板的输出会在最大功率点左右浮动；如果ΔV的值太小，虽然可以保证了跟踪精度，但是需要更多的时间，当最大功率点变化频繁时效果会变差。

5.3 关键模块程序清单（加注释）

caiyang()             对题目中采样点进行采样

set_Uo()              根据采样点反馈调节PWM波实现输出电压的稳定

FindMP()             寻找最大功率因素点

show_oled()  将关键数值用oled屏幕显示

这里只列举调用的函数，具体的函数内容可见附件的源码~~~~

最大功率的追踪代码段，这段代码用于计算Us并使能电池充放电电路，判断计算值和采集值的差，实现闭环的最大功率点追踪。

 我们采用的DCDC驱动芯片，用于降压拓扑，默认下管导通，而用于升压电路，下管导通会导致问题， 所以需要先计算出默认的占空比，输出给驱动电路，再将驱动电路使能，这样能避免下管导通带来的问题
其余代码可见附件的源码，内含注释内容

6.实物展示

演示视频见附件~~~~