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。
0 {. A% _  Y  E7 s% \3 L- |    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。
                                             

BUCK-BOOST结构示意图

0 i) v! z7 d( U7 |     工作原理：
8 F5 c* N. L4 u5 P6 g/ z, n4 Y8 a$ g                  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；
( H' @/ c; t5 B; v$ Q                  当VIN约等于VOUT时，M1和M3、M2和M4分别工作在同一状态。
                  通过改变占空比改变改变输出电压。
7 K- l2 @) B! F. U' E# v" e: P" l           控制算法：
1 s8 ]5 n5 M1 {( ]& F                  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：
                      电压：5V~36输入，1.8V~36V输出
                     电流：5A
                     最大功率：150W
0 [4 y" O7 p# L& X6 J5 K: `

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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。
3 M* K# @- q- p& c8 B" ^: W7 E, b废话不多说，进入正题
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6 {7 `: f7 p! j: E

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：

( x8 ]7 V  T% J0 G+ e
• 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。
    u2 [: c* k  c+ y" J( p3 S# E: f

硬件构成：

• 300w功率板
• c2000 TMS320F28069系统卡
  

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：

$ S8 ^7 M2 @( l  ^9 k* ^

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。

硬件展示：
( [; G# v- D. p9 i

( L6 H7 B& f- f) N$ A# z5 R

7 p( t9 ~4 w( I+ @$ ?( i' [/ n. O
" c( s, S$ u6 C8 i3 V

( F/ ]# E7 c  b' l, g8 X1 I: l3 B
# R7 w  ~/ X- M! @% y# v
, B+ L$ N1 P& Q% ]8 U原理图：
功率电路

接口电路

- M5 d& [  V" z& b. u' Y

辅助电源

信号调理

+ \/ d  {6 X! r2 ]6 l; P3 m8 W; }) X

布局图

, t) W/ ~! m, Y4 V

hp_Buck-Boost Converter Ver2.1.pdf (1.21 MB, 下载次数: 2127)

2016-3-16 20:07 上传

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原理图
# c; L& h0 r' Z" s0 O' Y6 T1 ]

        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

- d5 _( [- e, c3 c. K: B
/ q3 X$ X$ l/ W6 z
' n1 D, U" {0 W2 u1 n! d
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feel-376797 发表于 2015-2-9 12:23
4 u$ P' z% ^  R" g70khz到顶吧

不对的。我拿F1的TIM1来说明，TIM1的CLK最高是72MHZ，采用不分频。
( D" X1 X, }) _9 Q    PWM的频率   f = 72M/((PSC+1)x(ARR+1))
: ]. Y3 a$ S. w$ k7 c    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
# F3 y; b: ]* X/ Z频率做不高吧?

& U) X' F( v1 M! a% q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
! }- l2 T- |. ]) m7 d; G* X期待后续内容

, G. e, r' y% Q5 D  f. ?2 q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
& @. y5 Y: f5 a0 A1 j) L  Y9 T0 W% M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
顶一顶。

; V, p3 Z$ v5 l# _# D( F谢谢，请继续关注哦。