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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 ) L# b1 Q( q7 x/ E$ y

5 q+ _/ C3 l* q, C1 |    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。
; U% |/ V4 X' v' J, n/ i    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  K$ P/ x' b! }( `/ l
                                             

BUCK-BOOST结构示意图

BUCK-BOOST结构示意图

8 K0 t8 u  @7 u" U& ?# k3 D     工作原理:3 P% w- p5 w+ R" M6 R
                  当VIN>>VOUT时,两路互补PWM加在M1和M2,M4导通,M3关闭;& O: {" v/ w; S( [
                  当VIN<<VOUT时,M1导通,M2关闭,两路互补PWM加在M3和M4;  c. K/ z1 Y- a! G
                  当VIN约等于VOUT时,M1和M3、M2和M4分别工作在同一状态。7 i* ]+ T# H& [
                  通过改变占空比改变改变输出电压。1 K2 C, Q; i% _6 x8 N
           控制算法:) P0 L7 o/ r3 Y. o  y! @
                  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:  r0 w0 ^3 S9 l+ a+ ~3 D
                      电压:5V~36输入,1.8V~36V输出& i* l( Z: I& ?  E# ^; p2 U
                     电流:5A
) Y8 W0 a9 F; i3 C7 C. g- e: u% v                     最大功率:150W
& _7 N! h3 \- k3 e) `( k
========================================
# a- X& b1 I; P
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。
# I2 n2 [! G8 @3 h废话不多说,进入正题4 S% ~: V. h& a7 P: E  ]" G& W+ F
========================================================================+ |/ Z; B  @. ~; z6 H$ a* G! t

4 T: {# `2 Q, a( J$ \# @' [% L
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:
    ! Y8 a6 [# v& Z3 M: W/ w4 j4 E4 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。* b; `- _) E/ S- P4 }# R
硬件构成:
    , z, O6 A4 c( c4 \" V# \" d( p
  • 300w功率板
  • c2000 TMS320F28069系统卡# r) V7 L$ {: z0 S  w
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
  t/ `( n& a! w" O9 I* f) u
. a9 r( b  ^  y
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。

2 E1 \; c8 D4 V8 v) `硬件展示:1 ^2 U4 n! G' J# n; S

& D+ _8 F; ?# l* L
, Q1 M4 n+ \4 T) d( p/ a( T
IMG_20151014_204125.jpg
) w/ e% ]3 U4 L
5 s9 N4 `4 y% E# n' x
# B1 F. g& f2 g/ u6 G8 f
IMG_20151014_204150.jpg
+ F" O9 m; S. {# Z

5 B+ S; G  p. W) B
IMG_20151014_204201.jpg

- ]  ~* o' L' B! D" L/ @( {" {3 }' Y" u% V9 \3 {+ z4 \

3 l5 h- s; C8 f3 L: P0 ^9 ?4 P, X; y9 _1 E7 g  U, `

: g/ f" i6 C; n6 x* f) O原理图:; l( _' c2 p3 u, ~( C$ H! t
功率电路
$ C5 T9 n. j& o' M: V- [# L
12.jpg

2 p5 I) Q$ R/ C. k
接口电路
% V+ n0 o- ^; ]
13.jpg
9 ?& i% A7 S- j  e/ j
辅助电源

  M, w' p, o! M. D% u( a
14.jpg
- P# _8 p+ L0 Y1 s8 P
信号调理
% a- u7 y8 Z- f; D) z7 g$ H- A4 @
15.jpg
3 l: h" Y; `" P: q6 w
布局图
  Q6 }) y/ O4 p9 ?8 P, C
21.jpg
: a+ e# z# F; Y# {7 f' ?
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
$ R* d0 d+ {- ]7 D) ^% ~70khz到顶吧
# ^0 x6 M3 X! B. B
不对的。我拿F1的TIM1来说明,TIM1的CLK最高是72MHZ,采用不分频。
! W$ u: L: C- V3 n    PWM的频率   f = 72M/((PSC+1)x(ARR+1))
! |+ n/ W% p( a# r% ^    设ARR = 0,PSC = 479,f = 150K  6 d! y/ W& W2 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 09:44
# h; C5 U/ I" L/ B" j, }频率做不高吧?

; h+ T5 j; U3 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 17:00
+ g% P: K8 `4 m9 L期待后续内容

8 V2 J9 x. F( {6 p: ?5 j3 ]+ {! b. j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/ e* t# s) X, M# e) t# P' Z
后续的东西呢?
' t9 K, b! S( O% M, v
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 11:072 x3 k) m" ?8 Z9 g- x( j) v% F
顶一顶。
7 d* J8 ^. N/ h$ P: D/ f3 k
谢谢,请继续关注哦。

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