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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:2022-1-6 20:00
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。) z! ^" E% g9 g- f8 r  L/ _
    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。

# K/ L) o6 O2 g6 h' K+ j* n                                             
/ b2 g3 z* K6 K. u- H3 Q     工作原理:
0 }% N; L4 w! ~; |                  当VIN>>VOUT时,两路互补PWM加在M1和M2,M4导通,M3关闭;; S4 p) T) l! L' M0 V6 I$ z: m' d
                  当VIN<<VOUT时,M1导通,M2关闭,两路互补PWM加在M3和M4;  ?# s! ]( N: ^' q
                  当VIN约等于VOUT时,M1和M3、M2和M4分别工作在同一状态。
! U  x4 i9 O2 k; }1 N, c                  通过改变占空比改变改变输出电压。
9 S) D3 k! H5 a) {# z' o  p7 y" Z, o           控制算法:6 [1 H: E- g+ y% U( S5 }
                  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:
9 @3 Y0 o8 [: R$ H                      电压:5V~36输入,1.8V~36V输出& V% T& {! r& a2 J+ B& r9 F" i
                     电流:5A0 o3 \& Z5 G; O4 B: g
                     最大功率:150W
- q# V4 M5 Z" D7 Q! K; K9 V
========================================

. W5 I. M: O+ c' J9 `- |: U. Y! l' Y
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。
/ D7 b+ [9 |( b% Q1 P/ q废话不多说,进入正题. \5 }! P( u  v8 K+ m3 Z: Q
========================================================================9 \* i6 ~8 a, U# [3 B2 j9 E5 W& ~
) Q2 C+ |8 D2 e" p( a( Z/ s
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:
    % s" H9 ?: O# }" F0 f
  • 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。9 X- X* J6 F! i7 S1 C# S( d& G
硬件构成:
    7 \' M. ?- S5 ]9 ]
  • 300w功率板
  • c2000 TMS320F28069系统卡0 O& `8 G* f& o) l
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:
$ x0 A/ w2 ?1 l8 a

0 y3 u( a7 e* M" t9 C' P
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 [7 I8 i; q" n
硬件展示:
$ [  X3 B- A# w9 ?
& Z5 J) T6 J& T  H% ?( i7 K* h9 t+ N2 H) D, V% q0 }0 a* ]

5 o: H" G; J) E4 X% s. ^" K: I- @3 b3 c7 G- E5 S% A5 a! V2 w3 B

2 e, I% I4 k; d" f1 h( h
1 M$ z$ K$ `% B4 p5 T( V
8 N( x; u% H2 n

; O" j; U. v* {4 Y' h0 N( W
0 k. f2 u3 C) `# I; D1 v6 S) w# _% R

' }4 `; _- H- E) d. j# s  ?- Y' \2 D. S
原理图:' m7 V; n+ R: V- H: }% q
功率电路
7 J0 }, D( C$ Q+ S7 `& q

9 r' P9 w1 ~: e' v
接口电路

: t, y1 K* @; B' u# K: b! o9 Z% X
, Z; b4 k- D7 [1 }( a" M
辅助电源

. b0 w, ^. Q* m" e1 U8 n

5 k/ K9 ~( m2 w' A$ ]
信号调理

: V# \' g1 z, w2 t/ g$ x

' O; f3 f2 C/ _: e7 T' s5 A9 \" r
布局图

8 S- a$ P$ M8 P5 m

/ O& J3 x# ^% l. W, X/ p; c/ q
收藏 评论2 发布时间:2022-1-6 20:00

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2个回答
愤怒的电容 回答时间:2022-3-29 14:35:11

这个帖子怎么没有人回复呢,,什么元婴

18996922510 回答时间:2024-10-19 10:55:41

高手

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