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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 8 ], n8 ?9 m- E- P( ]

' f2 R' v; z  u' ^- a' ^& h% u    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。# }1 b3 @4 ^6 g4 k; F* w" j* 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。

3 x) o( P' y2 m4 I) @                                             

BUCK-BOOST结构示意图

BUCK-BOOST结构示意图
# C4 F/ i2 }# U9 ]$ E
     工作原理:
6 |1 Z1 @! S( r) x+ D                  当VIN>>VOUT时,两路互补PWM加在M1和M2,M4导通,M3关闭;
* o3 D3 q  j! c                  当VIN<<VOUT时,M1导通,M2关闭,两路互补PWM加在M3和M4;, H) m+ V9 [" s! K/ D2 A
                  当VIN约等于VOUT时,M1和M3、M2和M4分别工作在同一状态。
! a/ Q: E" R' M& n$ o                  通过改变占空比改变改变输出电压。
6 P% f  t2 P" K! }1 s2 l( H           控制算法:
0 Z+ \; ?  k4 Y) G                  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:
! {2 P+ j" |9 V% l8 l                      电压:5V~36输入,1.8V~36V输出
& f; Z$ g* P0 Y! T1 Z- I' L                     电流:5A! i6 _( O: g* \! f9 `
                     最大功率:150W2 `3 E# E$ g/ y( ?  R9 o
========================================

! z8 d, v5 B, z2 e  C& g3 ]
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。; a  ]/ _- \9 O0 O+ X
废话不多说,进入正题
$ G0 ]9 q2 N3 e, P/ a6 z  _' ~# y/ J========================================================================
$ [3 u6 a6 e. y- n* `0 V/ @% f
% ?. Y" O* j) w" `+ [0 n3 T
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:
    9 @8 `, f! [1 i* u5 Z
  • 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。
    8 g/ b8 b* G7 W! `# l- ^
硬件构成:

    # F% x5 T2 a2 \
  • 300w功率板
  • c2000 TMS320F28069系统卡  Y9 q% v$ I( |5 n# A6 l* C2 Q; C! F
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
; n) X& _+ O( R; p! S

1 j" q5 h2 ?! q  [  q
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。

6 F- p% I& G- [. Z/ s& w) r) c硬件展示:
( `" C7 H& K, h$ ]8 G& O2 k. `2 l" _

8 v5 }9 l* l2 L7 ]3 i+ e, i6 N
IMG_20151014_204125.jpg
; Z# m9 }, U6 o( A+ u- u" I
8 n1 }: ~) I3 c2 d2 Z7 K2 h
4 R7 n" H: x9 ]
IMG_20151014_204150.jpg

* f$ T7 p4 I$ @  L/ P  j9 n" ^" s
0 @, B! k- }/ }) p
IMG_20151014_204201.jpg
0 Q( `3 D) g+ l9 n9 }

- H$ q& p: h$ f
; @1 m3 e# \: {/ k2 R  _3 N
5 W  W/ _4 D+ q' o; O  v: z1 [: i+ G4 }; g
原理图:
6 q+ u# j8 o0 G6 z- b功率电路
& N8 f% T' v" f' |4 |
12.jpg
+ }4 O& a' d+ O4 D. K( O, d8 N8 F
接口电路

" n0 p* I: E% [) Z: a. V. _
13.jpg
; K; Y6 j$ q3 a# f% P
辅助电源

8 @  Q2 A) B) M) L2 Z% }( ?$ i+ x
14.jpg
5 Z0 M) |) O* l5 M( f' W  p
信号调理
) J/ c7 \- s  j! _7 l- C
15.jpg

/ p! x- l# {9 X/ }% L  [
布局图
1 K5 ~/ O& m% Z+ X2 E/ f# S
21.jpg
1 w1 ~  W* ~- M9 u
hp_Buck-Boost Converter Ver2.1.pdf (1.21 MB, 下载次数: 2127)
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' o5 S+ [% n. j
70khz到顶吧
, H9 z8 {0 ]# l; U+ {9 _. v1 m
不对的。我拿F1的TIM1来说明,TIM1的CLK最高是72MHZ,采用不分频。
" W! {( C; S; o( R3 ?# e! |    PWM的频率   f = 72M/((PSC+1)x(ARR+1))
1 Q* h! W% H4 \. A$ U* U& G    设ARR = 0,PSC = 479,f = 150K  4 L& z% m2 a, I. W' M
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 09:44; w  Y: Q; c! ~4 G' Y* P" E
频率做不高吧?

9 J/ a2 F4 f( o2 E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
3 r; }  X2 u& B4 `' M6 @期待后续内容
* d: X2 Z- V8 X: E& \- o
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
5 K* i. @) T9 e) t5 w1 D后续的东西呢?
! ~* [7 a+ H/ J! Y
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
% t" h- v5 G" }3 s1 }, V# C, M$ {9 D顶一顶。
) R- g& Q; M' `) j- `( x5 E
谢谢,请继续关注哦。

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