煤矿机械CoalMineMachineryVol.38No.03Mar.2017第38卷第03期2017年03月doi:10.13436/j.mkjx.2017030090引言传统采用分立元件组建的DC-DC变换器，其升压电路和降压电路组件复杂，需要附加补偿电路来提高电路的性能。随着集成电路技术的进步，采用新型的集成电路组成的变换器能进一步简化电路，并提高转化效率。本文尝试设计基于单片机控制，由XL4016开关降压型DC-DC转换芯片和XL6019开关型升压/降压芯片组成的双向DC-DC变换器。实验证明该设计具有恒流充电、过压保护及转换效率高等特点。1设计方案本变换器设计要求：①当输出电流I1=2A，调整输入电压U2在24~36V变化时，I1的变化率不大于1%；②当I1=2A，U2=30V，变换器的效率大于90%；③测量并显示I1，在I1=1～2A时，测量精度不低于2%；④具有过充保护功能。当I1=2A，当输出电压U1超过（24±0.5）V时，停止充电。（1）双向DC-DC变换电路的选择采用XL4016开关型降压芯片和XL6019开关型升压/降压芯片构成升压、降压电路，具有低纹波，内置功率MOS，具有较高的输入电压范围，内置过电流保护功能与EN引脚逻辑电平关断功能；（2）测量控制方案和辅助电源的选择选择了一款相对便宜、速度快、性价比较高的STM32103V8T6作为控制器，显示部分选择了质量轻，分辨率较高的0.96吋OLED屏幕显示。考虑市场上所售开关电源模块纹波大，故辅助电源选择较小的9V变压器，进行整流滤波；（3）控制方法的选择恒压部分由硬件电路来控制，硬件自身形成一个闭环控制回路，对电压进行调节达到其恒定在要求的精度范围。通过单片机输出PWM信号调节占空比，控制光耦电路，使电路保持恒流。2电路的设计（1）系统总体组成整个系统主要由辅助电源、测控电路、双向DC-DC变换电路等组成，辅助电源为测控电路供电，测控电路用于检测和控制双向DC-DC电路，以及电压电流的采集与控制；（2）降压电路充电电路为一降压电路，且是恒流源，本文选取XL4016为核心降压芯片，采用XL4016型8A、180kHz、40V、PWM降压型直流对直流转换器，最大效率可达96%。输出1.25~36V可调，8A恒定输出电流能力。该转换器外围器件少，低纹波，调节简单，内置短路保护功能。PWM占空比0~100%连续可调；（3）升压电路升压电路使用XL6019型220kHz、基于单片机控制的双向DC-DC变换器设计*龙卓群（西安航空学院电子工程学院，西安710077）摘要：提出基于STM32103V8T6单片机控制的双向DC-DC变换器设计，主要由双向DC-DC变换电路、测控显示电路和辅助电源三部分构成。降压部分采用XL4016开关降压型DC-DC转换芯片，升压部分采用XL6019开关型升压/降压芯片，恒流部分采用PWM控制原理，控制电流恒定，恒压部分完全由硬件控制，单片机辅助控制的方式。实验证明具有恒流充电、过压保护功能、转换效率高等特点。关键词：单片机；双向DC-DC充放电；XL4016；XL6019中图分类号：TP368文献标志码：A文章编号：1003－0794（2017）03－0022－03DesignofBidirectionalDC-DCConverterBasedonMCULONGZhuo-qun（SchoolofElectronicEngineering,Xi’anAeronauticalUniversity,Xi’an710077,China）Abstract:Thedesignofbi-directionalDC-DCconverterbasedonSTM32103V8T6MCU.IsmainlycomposedofabidirectionalDC-DCconvertercircuit,anddisplaycircuitandauxiliarypowersupplyiscomposedofthreeparts.PartoftheXL4016switchbuckbuckboostDC-DCconverterchip,usingXL6019switchtypestep-up/step-downchip,constantcurrentpartadoptsthePWMcontrolprinciple,controlcurrentconstant.Theconstantpressurepartcompletelybythehardwarecontrol,single-chipauxiliarycontrolway.Withconstantcurrentcharge,over-voltageprotectionfunction,conversionefficiency.Keywords:MCU；bidirectionalDC-DCcharginganddischarging；XL4016；XL6019*陕西省教育厅专项基金（15JK2129）22中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

3程序的设计软件部分实现测量显示、切换模式、充电过压保护、控制调节系统功能。先初始化按键及OLED各个内设；然后按键扫描，判断模式；其次进行PWM控制电流，让输出为恒流模式；再者扫描按键；最后进行打开光耦，让升压模块工作；系统总框图和程序流程图如图2所示。图2程序流程图4数据分析及结论图3为变换器的测试电路。图3测试电路（1）电流变化率的测试I2=2A时，U2从24~36V变化，测量充电电流I1的变化，计算I1的变化率（见表1）。变化率SI=|（I11+I12）/I1|×100%，其中，I11、I1、I12分别为U2=24V、30V、36V时的充电电流。表1电流变化率测试（2）变换器效率的测试变换器的输出电流I1=2A，调节变换器的输入电压U2=30V，测量输出电压U1、输入电流I2并计算变换器的效率。变换器的效率=|U1I1/（U2I2）|×100%，如表2所示。第38卷第03期Vol.38No.03基于单片机控制的双向DC-DC变换器设计———龙卓群U160V、5A开关电流升压/降压型DC-DC转换器。XL6019是一款专为升压、升降压设计的单片集成电路，内置固定频率振荡器与频率补偿电路，可工作在DC5~40V输入电压，内置功率MOS。PWM控制环路可以调节占空比从0~90%线性变化。内置过流保护功能与EN脚逻辑电平关断功能。使用单片机控制EN引脚实现对升压模块开启与关断；（4）功率电路、信号采样和驱动电路设计功率电路、信号采样和驱动电路如图1所示，由双向流动功率电路、IR2110驱动芯片以及高速运算放大器构成的信号采样电路构成，运算放大器输出端分别对地和3.3V串联2个二极管，可以防止输出采样信号幅值过大或者过小，将信号箝位在0~3.3V，避免损坏AD采样口。其工作过程是：当S1闭合，S2断开时，电池组放电，能量从左向右流动，Q2闭合，Q1关断，功率电路工作在BOOST升压模式。对负载两端电压的控制，采用电流峰值电流控制以及电压外环控制，电压外环的控制使得输出负载端电压稳定在设定值。当S1闭合、S2闭合时，电池组充电，能量从右向左流动，Q1闭合，Q2关断，功率电路工作在BUCK降压模式。对电池组充电电流的控制，通过流过采样电阻R7的电流调整控制器输出PWM信号占空比使得电流按照设定值充电。在BUCK模式时，控制Q1和Q2开关状态互补，即工作于同步整流状态，由于MOSFET的低导通电阻可大大减小BUCK电路功率损耗，极大提高变换器的效率。图1功率电路、信号采样和驱动电路原理图≤24V＞24VU1U2I1I2参数U2/VI1/A电流变化率SI/%241.99251.98261.98271.99281.97291.98302.00321.99342.01362.00数值0.503.3V91011121314151687654321NCNCVDDHINSDLINVSSNCHOVBVSNCNCVSSCOMLOGNDR6GND10kΩR1010kΩ567+-OPA4228A100kΩout2R11GND3.3VGNDIR2110D3R7D2Is1电池组R4+12D1S1L1+R5C3R8R9Q2+C2RL电源R2Q1S2R3R1+C1PWM1SDPWM2R1210kΩR1410kΩGND+-out13241OPA4228B11VssR16D6100kΩGNDGNDIs2D43.3VVddR1310kΩR1510kΩR17100kΩ109+-out83.3VD7UsD5OPA4228CGND系统启动初始化充电模式按键扫描放电模式过压检测结束双向DC-DC充电模式放电模式电池组直流电源11123中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

煤矿机械CoalMineMachineryVol.38No.03Mar.2017第38卷第03期2017年03月表2效率测试（3）电流测量精度的测试调节充电电流I1在1～2A变化，用万用表测量并与显示模块显示的电流值相比较，计算测量电流的精度如表3所示。电流的测量精度=|I1-I10|×100%，其中I1为测量值、I10为显示值。表3电流测量精度的测试（4）过冲保护测试保持充电电流I1=2A，增大直流电压源输出电压U2，充电电压U1超过（24±0.5）V，充电电流I1的变化如表4所示。表4过充保护功能的测试根据上述测试数据，由此可以得出以下结果:①该变换器输出充电电流在一定范围内步进可调，具有较高的电流控制精度；②根据表1数据，当直流电压源输出电压从24V调整到36V过程中，电流变化较小，电流变化率=0．50%≤1%，根据表2所示数据，变换器的效率大于90%，满足基本要求。该变换器能够保持较高的电流稳定度和电流测量准确度；③根据表3数据，在1～2A内测量精度不低于2%，满足基本要求。在充电和放电模式下，该变换器工作效率高，并且可以自动转换工作模式；④根据表4数据，充电电流在充电电压超过（24±0．5）V后，立即趋近于0，满足过冲保护功能要求。综上所述，该变换器具有过充电保护功能、恒流充电功能、过压保护功能、转换效率高等特点。参考文献：［1］干红林，冯全源，王丹.用于降压型DC-DC转换器的短路保护电路设计［J］.微电子学，2015，45（3）：328-330＋334.［2］陈程，王慧芳，徐祥柱，等.一种应用于DC/DC转换器的高效PWM控制电路的设计［J］.中国集成电路,2011，20（8）：46-52.［3］董清臣，范铭.一种恒压输出的DC－DC升压电路设计［J］.电子科技，2015，28（10）：166-168+172.作者简介：龙卓群（1971-），海南文昌人，讲师，主要从事电力电子技术研究.责任编辑：赵荣收稿日期：2017－01－07测量次数1234I1/A2.001.982.002.00U2/V30.0130.0130.0030.01I2/A1.331.311.311.32U1/V19.0019.0118.9819.00效率/%95.2195.7896.5995.20参数测量值I1/A显示值I10/A测量精度I%1.011.0011.201.1911.401.4221.591.5721.801.8112.012.032数值参数U1/VI1/A20.012.0022.011.5323.020.9723.510.1324.010.1524.530.0124.820.0025.020.0025.560.0026.030.00数值doi:10.13436/j.mkjx.201703010高速滚动轴承的传热机制及生热计算*秦建华1,2,3，邓晨韵1,2，李稳1,2(1.桂林理工大学机械与控制工程学院，广西桂林541004；2.桂林理工大学广西矿冶与环境科学实验中心，广西桂林541004；3.广西环境污染控制理论与技术重点实验室，广西桂林541004)摘要：元件生热及其热传递是高速滚动轴承工作性能和使用寿命的重要影响因素之一。首先介绍了滚动轴承的传热机制，然后分析了滚动轴承的热传递的主要形式，最后给出了高速环境中滚动轴承各元件的生热计算，为高速滚动轴承的温度变化及其应用研究提供参考。关键词：滚动轴承；温度变化；热传递中图分类号：TH133文献标志码：A文章编号：1003－0794（2017）03－0024－03HeatTransferMechanismandHeatCalculationofRollingBearingsQINJian-hua1,2,3，DENGChen-yun1,2，LIWen1,2(1.CollegeofMechanicalandControlEngineering,GuilinUniversityofTechnology,Guilin541004，China；2.GuangxiScientificExperimentCenterofMiningMetallurgyandEnvironment,GuilinUniversityofTechnology,Guilin541004，China；3.GuangxiKeyLaboratoryofTheoryandTechnologyforEnvironmentalPollutionControl,Guilin541004，China)Abstract:Heatandtransferoftheelementisoneofthemostimportantfactorsforperformanceandlifespanofhighspeedrollingbearing.Theheattransfermechanismofrollingbearingswasintroduced,andisintroduced,andthemainformsofheattransferofrollingbearingareanalyzed.Theheatingprocessoftherollingbearingelementsweregivenintheendofhigh-speedcomputingenvironments.Theresultprovidesthereferenceforstudyonthetemperaturechangeanditsapplicationofthehighspeedrollingbearing.Keywords:rollingbearing;temperaturechange;heattransfer≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤*国家自然科学基金资助项目(51565009)；广西中青年教师基础能力提升项目(教育厅KY2015LX109)；广西环境污染控制理论与技术重点实验室研究基金项目（桂科能1501Z001）0引言高速滚动轴承作为一种常用的标准机械零件，24中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net