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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$ y1 G' S* R3 A7 G" G/ j5 p# [" Z+ M
    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。) X- v' n" p7 T% M: g7 v
    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。
% T; p% W2 y. ^' V7 D: X
                                             

BUCK-BOOST结构示意图

BUCK-BOOST结构示意图

$ x3 r: a3 z0 h* s5 N; U     工作原理:! a: ]1 Q4 T; Y' R$ j
                  当VIN>>VOUT时,两路互补PWM加在M1和M2,M4导通,M3关闭;
6 Q, t- n# Y2 J9 ?                  当VIN<<VOUT时,M1导通,M2关闭,两路互补PWM加在M3和M4;- O( F) v- O7 y
                  当VIN约等于VOUT时,M1和M3、M2和M4分别工作在同一状态。
' ]6 W9 |5 r2 l( p" R: ]' O- Q                  通过改变占空比改变改变输出电压。$ j% r7 r* c3 I$ v( n# ~
           控制算法:/ f' o2 I3 Z2 D$ P
                  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:+ E4 [8 G2 b" t6 c3 [' `7 L
                      电压:5V~36输入,1.8V~36V输出
- B5 h8 B; r3 B8 T1 H1 k, D                     电流:5A, W! A4 k- ~+ T# J, S! M8 j+ M
                     最大功率:150W
% W+ ~  k# ^) k8 i! z8 r* V
========================================

' l# t0 y2 C0 H' T* B; U- v: i
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。
8 Y( _: _8 {6 O, ?: h- |: ]废话不多说,进入正题
8 a0 S, S6 o/ e6 I9 Z' k========================================================================8 H5 i! C; H4 C0 ]. g7 j: a
/ K, r- x4 s) L( A2 p% }! A
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 @8 a# O, Y9 X  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。
    % {$ p0 \9 L" C) y
硬件构成:

    + O  u1 S  x6 \1 @* ~& {
  • 300w功率板
  • c2000 TMS320F28069系统卡
    8 H# b; L3 Q: y% c: 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:
12.jpg

3 L; W# H+ |( }3 ~' i" c( v. Y# ]% A! Q2 ?& Z9 V7 i
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。

: s" {: u  F9 g硬件展示:# e" M( W1 a  u* p" A6 x# d8 u
! q* s* W1 ^" v1 o' g
8 o2 W' |) \' h  w3 c
IMG_20151014_204125.jpg
3 Y0 Q3 J% m) }  l' q# D
' q: R4 E9 I7 m- v6 h8 x5 p
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9 Y# u, v# ]0 T( c
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3 ?& ^. S: G; l5 b- x: h; e( L- j' c

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原理图:# I0 e- C- a. M2 n, L% e7 Y
功率电路; @8 @! k4 y& u3 t( ]9 s3 o
12.jpg

8 c: c  ^. W9 b! ?5 g4 M  m/ d
接口电路

8 w8 h7 o* ]0 F; j% K& `. X  r' E
13.jpg
" ^; R2 }% G! M# \/ g4 F
辅助电源

6 T0 \% f) Q# H
14.jpg

+ x1 n+ p( V1 l# d8 B- W( l& l  P
信号调理

& R5 b4 S0 x3 w! `
15.jpg

; m$ f0 u+ H6 k) x3 e! ]
布局图
! T/ A+ l3 U: }" l7 Z% M# m( T
21.jpg

5 x- f8 N3 _7 |, R$ j5 q% S 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. N9 P0 l% s. }, c1 x8 o- L: I
70khz到顶吧

0 L7 o3 X' u% R8 `' {不对的。我拿F1的TIM1来说明,TIM1的CLK最高是72MHZ,采用不分频。
2 x2 Q# u: d8 P& C; ?& Y    PWM的频率   f = 72M/((PSC+1)x(ARR+1))
& n) u1 x6 f# s" o/ k; }8 ?/ u    设ARR = 0,PSC = 479,f = 150K  1 [) {- l8 I# e* i& U- Q
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; J8 V( d  ], S6 T
频率做不高吧?
& I; r) a4 U. [3 _. I
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 17:009 l" o- O% e2 p5 C
期待后续内容

# N& U( n+ y0 N% j+ A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
% j. j: ]4 ~  p5 U% o8 u) H后续的东西呢?

) X2 z9 T# L' C) X* W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" Z- h) h! A6 W( s+ M
顶一顶。
- ~. q7 J* m, \( C4 y6 ~
谢谢,请继续关注哦。

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