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【经验分享】基于STM32F334的数字电源

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STMCU小助手 发布时间:2022-1-7 20:11
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。5 O; \5 h) o% W# k- p1 z
    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。
6 n; i, V  ?. e2 ^: o/ y% ?5 U- k8 l
                                              1 \; h& P5 f0 x) k$ Q8 s
     工作原理:( W( s" T9 j* M' d/ A9 r5 g
                  当VIN>>VOUT时,两路互补PWM加在M1和M2,M4导通,M3关闭;
: _7 P, u/ f  u- T# o! |                  当VIN<<VOUT时,M1导通,M2关闭,两路互补PWM加在M3和M4;
% u9 u0 T3 K+ D7 G  p4 k. e# B. q0 t                  当VIN约等于VOUT时,M1和M3、M2和M4分别工作在同一状态。8 [1 Z7 B9 J- C5 |  ~# v
                  通过改变占空比改变改变输出电压。
) F* \/ H& ?' K+ a' {. [" q0 C$ n           控制算法:
' I& M5 U; c9 M: B                  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:7 }. Y. u* C3 T/ I/ K5 A
                      电压:5V~36输入,1.8V~36V输出! }: m8 X" j, B2 P$ v: Z% V7 M% @
                     电流:5A7 b7 {" w7 O* h" U7 q
                     最大功率:150W5 c; d. j/ @- a6 t, U, }
========================================

) K* j3 m' k4 \$ n: v1 K: D8 b
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。
( v$ e% q" m* t3 D5 d3 K. c5 U废话不多说,进入正题" d- n* E, |& h. m" a; x/ B7 N
========================================================================% J( P, f0 X$ ^% Y3 I+ t5 v
  a, p( R* g' H5 ~2 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:

    4 z! C# G7 z8 ?
  • 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。
    6 ]- [- s; V: t
硬件构成:
    & ]/ h1 u- b+ @& B1 u0 d& @; j
  • 300w功率板
  • c2000 TMS320F28069系统卡
    ; k" f+ j& O& ^+ S( l) S& W$ ~+ y4 p
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:
/ B) u& x( B8 ^' U& f7 J" N
6 e9 ~' x# @' t- q6 J1 t* f
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 `' y1 i% c$ f# C; V硬件展示:9 a5 r) C; r$ l) T6 r+ w
9 o! f# e7 v4 t' B# C) a

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  s9 n# P4 h5 V( {. p' h
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& W0 d9 {, r3 `1 F
- ^5 X) h1 C, e+ x
: N% I8 @2 V" K
8 C' _+ J9 p+ T" \8 D- h" ?6 O, m$ E0 \7 r
原理图:* o" U. h' c4 k4 E
功率电路' j$ }: c9 M/ }* ^+ t! z6 `1 P
, r% G+ y3 E+ x7 ?4 I9 P+ [' B
接口电路

7 a) L! K1 u, e: D% @; y

" V  Z" D1 \6 S9 k3 N& s8 ^& j
辅助电源

' s& C+ w! N3 f; C4 `8 d; ~) @) E
5 `$ n6 s% C/ q" v
信号调理

5 `! ?+ P, ^; {1 G& n1 p
/ }4 |( t9 i9 Q/ I, E7 e
布局图
/ d' x- i2 J; `
* Z) c! [$ N: i  ?; v2 U
赞 收藏 评论1 发布时间:2022-1-7 20:11

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1个回答
愤怒的电容 回答时间:2022-3-29 14:33:59

这个厉害了,要好好学习一下

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