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基于STM32F334的数字电源  

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何。小P 发布时间:2015-2-5 16:47
本帖最后由 Tiny。P 于 2017-2-24 20:27 编辑
% I" N$ J6 J( l) i
# k/ p3 |% ?* O    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。- P! u: |9 o% U, n9 E4 k0 E7 p
    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。
# a; e( v5 C# `; b
                                             

BUCK-BOOST结构示意图

BUCK-BOOST结构示意图
3 l. ]5 V; I9 j3 E. j/ N
     工作原理:
* x, r& r; z( g; N1 I, a                  当VIN>>VOUT时,两路互补PWM加在M1和M2,M4导通,M3关闭;6 S1 S% I; |& u& {$ J
                  当VIN<<VOUT时,M1导通,M2关闭,两路互补PWM加在M3和M4;
: l) _) i& M8 @. i1 r3 }) Z                  当VIN约等于VOUT时,M1和M3、M2和M4分别工作在同一状态。
5 n0 T, C9 E& G$ P/ r                  通过改变占空比改变改变输出电压。
" }9 L5 \) Q" G$ q  C3 |           控制算法:; b" u0 G. @& h, [5 s
                  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:
; _5 f% _' X" T                      电压:5V~36输入,1.8V~36V输出
) M$ d  J; V. d                     电流:5A. b1 s! A; ~6 ^; N8 p3 U/ ]
                     最大功率:150W; z. L; n' x) f
========================================

2 K' C, C) H* V4 V; p) k# `( c
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。% k% L: C+ V- K( J- q+ F
废话不多说,进入正题
1 m5 q, V) }# X7 y# {3 E0 N========================================================================
! h7 u$ e3 }2 S- O* {
0 K; E% k" D1 Y& D
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:
    : e+ }5 ?: w7 {
  • 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。
    3 I$ g- J# a7 y2 n! q* H- ^; h* H
硬件构成:

    0 y2 I( }; _1 d! \/ |" Z
  • 300w功率板
  • c2000 TMS320F28069系统卡
    7 L' c' b, X  x
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:
12.jpg
- z/ m. _% ?' h

1 I; g  D) r/ P3 `; H8 _
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。
. ^, n/ b/ Y+ ]6 g# ^9 Q  Y* m. d6 t5 N
硬件展示:
2 a: ]" t0 c' L, j. A9 D7 l4 J! [# x/ h
- ?. ~' e. M5 d" U# O3 d
IMG_20151014_204125.jpg

. w6 N3 z; x$ `9 V& J8 B# N) G: a+ G! I  y8 [
0 l4 }! b' t! N$ J: F2 [
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7 P$ L; h! }+ x# _$ O" V

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IMG_20151014_204201.jpg
: o, [; u: W# @2 A7 b9 g6 r

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' O) \6 d2 ?% K0 F$ v! J
原理图:
9 C* y% p$ [! W" u9 h! H- R) _功率电路
! l8 t9 w0 W) Q9 q
12.jpg

$ r7 }/ G9 I$ t. e8 L
接口电路
6 t: y8 N4 a2 Q- M9 g. S; y+ P
13.jpg
8 P) [' m# E! I9 Y# ?7 K
辅助电源

# l; s2 x+ f. X8 Y1 \! v6 S9 U
14.jpg
' D8 t0 @7 g! }
信号调理

  \! q! x& w3 _. E. v3 q+ Z. k
15.jpg
7 s% f  t5 P9 l* r5 F
布局图
  q9 y, `$ m6 u# \9 I# Q8 o
21.jpg

; q! R; @# ?3 n$ [ hp_Buck-Boost Converter Ver2.1.pdf (1.21 MB, 下载次数: 2126)
收藏 19 评论106 发布时间:2015-2-5 16:47

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106个回答
何。小P 回答时间:2015-2-10 13:22:09
feel-376797 发表于 2015-2-9 12:23; h/ q- Y& h4 l: ^% m2 p0 i: C
70khz到顶吧
6 w+ ]0 m& _2 L$ u! O1 g
不对的。我拿F1的TIM1来说明,TIM1的CLK最高是72MHZ,采用不分频。% V6 V5 ]9 y1 B7 C. l
    PWM的频率   f = 72M/((PSC+1)x(ARR+1))3 q. _7 h* n% f2 x
    设ARR = 0,PSC = 479,f = 150K  
$ ?' p  q7 n/ k8 v2 O( N, M, X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。
wf237574800 回答时间:2024-4-21 00:11:36

image.png

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

何。小P 回答时间:2015-2-8 23:10:23
feel-376797 发表于 2015-2-8 09:442 V- D$ J5 n/ R0 z: c5 C
频率做不高吧?

3 s# z6 M. Y2 E4 `& N! }, B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。
wyxy163@126.com 回答时间:2015-2-5 17:00:10
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
何。小P 回答时间:2015-2-5 17:09:14
数码小叶 发表于 2015-2-5 17:00
( c' r# P5 n1 w; h# W( k8 b期待后续内容
. v0 e. R7 M0 m7 ?* \3 d
谢谢支持,后面我会开源分享的。有兴趣的话可以交流哦
wyxy163@126.com 回答时间:2015-2-5 18:07:49
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
lkl0305 回答时间:2015-2-5 20:16:13
学习一下!
大秦正声 回答时间:2015-2-5 20:24:42
不错学习了!
万里-363223 回答时间:2015-2-5 21:26:16
期待后续.........
北斗光寒 回答时间:2015-2-8 09:12:23
后续的东西呢?
feel-376797 回答时间:2015-2-8 09:44:04
频率做不高吧?
wwwhlw 回答时间:2015-2-8 11:07:06
顶一顶。
stary666 回答时间:2015-2-8 16:32:10
manhuami2007 回答时间:2015-2-8 18:37:45
感兴趣,mark下
何。小P 回答时间:2015-2-8 23:03:23
北斗光寒 发表于 2015-2-8 09:12, ]  K+ c" O4 U7 p3 L
后续的东西呢?

2 M0 A9 B' N( s5 ]8 e* S% ?还在做当中,请关注谢谢
何。小P 回答时间:2015-2-8 23:10:51
wwwhlw 发表于 2015-2-8 11:07, k' d! `- m; Q& y
顶一顶。
$ [& p' z7 x2 F4 f; D7 K2 J
谢谢,请继续关注哦。

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