数字电源指电源系统的控制应用MCU,DSP或FPGA等的计算能力和离散控制形成的闭环控制，随着科学技术的快速提高，必然促使电源向数字化与智能化发展。针对该领域ST堆出的STM32F33x系列是高性能32位ARM Cortex-M4 MCU,工作频率高达72MHz,并嵌入了浮点单元(FPU),集成了高速嵌入存储器，特别它的高分辨率的定时器（达217ps）和两个超高速5Msps(0.2µs)12位模数转换器(ADC)，采样时间最低21ns，用于电压电流同步测量。
* [. S$ P- a) L3 l2 M  K( K# ^    该方案采用同步BUCK-BOOST的拓扑结构，实现降压升压输出。结构示意图如下图所示。M1、M2、M3、M4为mos管，L选择大电流合金功率电感，RSENSE电流采用电阻，用于过流保护。
5 y6 P( N# l; B, m" l                                             

BUCK-BOOST结构示意图

     工作原理：
2 P1 h" A* G9 `( ^                  当VIN>>VOUT时，两路互补PWM加在M1和M2，M4导通，M3关闭；
                  当VIN<<VOUT时，M1导通，M2关闭，两路互补PWM加在M3和M4；
                  当VIN约等于VOUT时，M1和M3、M2和M4分别工作在同一状态。
" \, [" [1 [+ Y7 j' R  k, |                  通过改变占空比改变改变输出电压。
, g% X/ \( O2 G- i! Q           控制算法：
                  本方案采用双闭环的PID控制，电流环作为内环，电压环为外环。电压环的反馈为输出电压，电压环的输出作为电流环的输入，电感电流作为电流环的反馈，采用双闭环的控制方式，可以加快输出电压的跟踪，减小稳态误差。                            该方案的目标：
9 t/ ^0 g; h/ X$ T3 x                      电压：5V~36输入，1.8V~36V输出
/ y6 o, w# |" `$ }, b  l                     电流：5A
% `9 T# p7 w8 |$ L" z5 O; V- D, c                     最大功率：150W

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( ]4 ~2 v3 H) ]9 m! d* I- e9 `& O3 ~原计划是采用STM32F334这款芯片来完成这个DC/DC转换器，但苦于这款芯片货源不是很丰富，难以买到合适。所以后面换了TI的TMS320F28069来代替，不过现在已经买到了ST这款芯片，目前也正在开发用STM32F334作为控制器的DC/DC转换器。
9 T' H3 B" d+ X& \& G. p0 G, d, |! u废话不多说，进入正题
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1 a, X& V9 e) M% t. @0 p- q; I

非隔离双向DC/DC转换器

描述：

        本设计实现了一个非隔离双向降压升压功率转换器，适合于太阳能微转换器、数字电源和电池充放电应用。最大亮点是可实现功率双向流动，即功率能从输入端流入输出端，也可以从输出端流向输入端，这个功能在电池应用上很有作用，因为在一个功率电路上实现和充放电功能，这也是未来发展方向，在新能源上应用广泛。

特性：

• BUCK-BOOST拓扑结构，升降压转换器
• 输入电压：10~80V，输出电压：5~80V
• 电流：8A
• 功率：300w
• 高效率设计，支持的最大效率超过 95%
• 250 KHz 快速开关频率支持更小的无源组件，从而减小电路板面积并延长寿命。
• 三个满足各种应用场合的控制模式：1) 输出电压控制 2) MPPT 控制（输入电流控制）3) 反向电流控制。
• C2000™ Piccolo™ TMS320F28069 微控制器实现该转换器的控制。
  

硬件构成：

• 300w功率板
• c2000 TMS320F28069系统卡
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应用场合：

1）数字电源，可升可降的DC/DC转换器

2）太阳能储能发电，太阳能MPPT控制器

3）电池充放电设备，可实现充放电于一体

工作原理：

拓扑结构有点小改变，具体如下图：

+ F, G. l, l( N5 F) [- I2 A- m

通过上图，我们可以看出右边是一个BOOST电路，左边是BUCK电路，两边是对称的，这个拓扑的较原来的方案较易控制；并且我们可以看到，输入输出都有电感，这方便输入输出进行滤波。当然成本会增加。

0 @, ]2 y7 x- f* k  c硬件展示：

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原理图：
功率电路

接口电路

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辅助电源

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信号调理

布局图

3 h4 ?+ D% S3 C: a" i$ Y8 T5 d

3 m; z' b% a5 R; F9 N: u: A hp_Buck-Boost Converter Ver2.1.pdf (1.21 MB, 下载次数: 2114)

2016-3-16 20:07 上传

点击文件名下载附件
原理图
" `+ g7 S6 S% y1 W! G

1 U5 d* L+ M; }& O  b4 w        本人开通了一个数字电源的交流群，希望志同道合之士加入。群号： 474805564

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feel-376797 发表于 2015-2-9 12:23
  S, y' U! y& p% O3 a  Q70khz到顶吧

/ m5 f9 p+ `+ i' d不对的。我拿F1的TIM1来说明，TIM1的CLK最高是72MHZ，采用不分频。
0 T/ S& i; f5 b  ?    PWM的频率   f = 72M/((PSC+1)x(ARR+1))
    设ARR = 0，PSC = 479，f = 150K  
但是分辨率 = 1/480 = 0.2%  这个对于电源来说不够  所以我说用STM32F334 它的定时器达217ps，在满足频率的同时满足分辨率。

如截图，进入BUCK模式的时候，如何保证M4长期导通？同理 ，进入BOOST模式的时候，如何保证M1长期导通？自举模式驱动的 上管应该不能长时间导通的吧

feel-376797 发表于 2015-2-8 09:44
1 m4 K1 Q# M; o频率做不高吧?

4 o0 A' r) }. o频率可以做150K以上，如果使用普通的STM32做那么高的频率的话，分辨率跟不上。但是用STM32F334的话，因为它的高分辨率定时器，达217ps，所以在高频率的情况下也不牺牲分辨率。现在硬件还没有出来，但是我想频率应该比150K高，不过现在还不知道。

数码小叶 发表于 2015-2-5 17:00
- K" \$ F# J* h# b期待后续内容

谢谢支持，后面我会开源分享的。有兴趣的话可以交流哦

学习一下！

不错学习了!

期待后续.........

后续的东西呢？

频率做不高吧?

顶一顶。

感兴趣，mark下

北斗光寒 发表于 2015-2-8 09:12
后续的东西呢？

还在做当中，请关注谢谢

wwwhlw 发表于 2015-2-8 11:07
8 G* c2 |$ m% V6 \( a顶一顶。

% K( J/ c2 Z9 S: Z7 P- C谢谢，请继续关注哦。