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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。
. a0 ^7 w* w8 D5 {9 ^- W    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。

" N4 k. |/ b+ W  r2 x                                              & G% B( `$ r& j# ^2 i
     工作原理:! u1 k& L: r0 z' i& {! C; N
                  当VIN>>VOUT时,两路互补PWM加在M1和M2,M4导通,M3关闭;
$ P  S' t+ J4 o) X& \7 y* f                  当VIN<<VOUT时,M1导通,M2关闭,两路互补PWM加在M3和M4;
" ~9 U3 X$ i* q$ l2 _  A1 h                  当VIN约等于VOUT时,M1和M3、M2和M4分别工作在同一状态。
2 W+ L7 F+ n8 r8 s                  通过改变占空比改变改变输出电压。
4 @! R' ~; Z3 W( C           控制算法:) v- F: F5 L  v; h5 S& R
                  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:
/ ^( [) N" ?$ Q' i- X+ P                      电压:5V~36输入,1.8V~36V输出
  k1 D- q0 A+ y3 N+ t( X+ O" d; ^                     电流:5A6 M5 t& l# {' e
                     最大功率:150W8 v5 ~  r3 k+ n& c! p& d3 w
========================================
  r# U; H" w' j$ ^: _
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。. {/ M3 |& [$ O. a: T! k
废话不多说,进入正题0 B9 x' }/ r' p! o
========================================================================# m+ }* H/ |4 b5 i/ T0 X- Y
% w1 ~2 V3 X3 M7 X; f) H
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:

    " m/ \' Q- p3 G- @
  • 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。% r7 ~5 [. `( o/ ?7 u
硬件构成:

    & V/ V! l( a! V0 D/ B4 b* B
  • 300w功率板
  • c2000 TMS320F28069系统卡
    # z' Z! {% s0 f2 Q, D
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:

2 S& y+ Y, K2 X5 W# @$ k% P% m1 Z
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。

% ]+ ^/ ~3 C: A$ B. R( s3 _硬件展示:
7 r; |2 g3 ^. f9 p$ q
% A: _" }% `% D$ X# B; d. c& ~/ X1 m5 D+ E7 r1 T8 a2 G

, Q6 {( T4 v* v5 S! j: s
; Z% K. `/ q3 |+ E" ~/ o6 b% G& s: d* w# n

1 D7 N9 Q# F( I0 d8 c! W" c; E, T7 N7 j

. i5 H0 c/ s( p6 M; `/ E2 x. L: l. I& N; x
6 M0 C& \3 j! K2 n$ a
; T1 L" P# {; W' u; O, v
. v# {. D; B) {2 |
原理图:
" S- d# I) K# O, `( Q% l6 M功率电路8 `& T' {5 f' t' Y# W+ q/ {

) a& M2 ]. D8 K% E
接口电路
# i; a' s+ W- B6 X

$ n, n0 c2 R; o3 T
辅助电源

; v6 Q- ~/ [% I$ s2 O
' g2 p% t! s& L- y
信号调理
9 K. d8 K$ _7 T  G$ s* e3 c

' ]! ~/ w9 B: ?/ g" T7 J" M4 f' }- G
布局图
# ]! ^9 s& m* J0 M# J4 o

" n2 A/ Z9 p) u0 X* f
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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