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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。% j: K8 Q( S$ Z2 p# 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。

4 b8 e0 C2 _3 L" F                                              # _- ?: }1 i2 {: n3 G
     工作原理:" |: O4 }- P6 o: l6 X8 l  E/ e
                  当VIN>>VOUT时,两路互补PWM加在M1和M2,M4导通,M3关闭;8 T. D: N0 s6 }- Z& [
                  当VIN<<VOUT时,M1导通,M2关闭,两路互补PWM加在M3和M4;/ S1 G' Q0 B8 L/ G" g5 t' P+ h
                  当VIN约等于VOUT时,M1和M3、M2和M4分别工作在同一状态。4 }2 i' N: W* n" c
                  通过改变占空比改变改变输出电压。+ d+ l; K! t. p& ?# N$ U
           控制算法:
' o% w" R9 f, Q5 l                  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:
) U: o: M& \: d6 T/ y5 e                      电压:5V~36输入,1.8V~36V输出4 q4 R+ L) R7 P; `  p# J
                     电流:5A, c3 N3 I( T6 ]/ w$ X: X
                     最大功率:150W
4 P! Y1 a+ H- F8 ]
========================================
8 J+ [: d" U) S/ E; i7 ~, q) m' f
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 |( ?6 o# o0 @. s( J废话不多说,进入正题
# y. i+ y+ D9 e- M5 r========================================================================
$ l* q% o3 v  B  X% Z
2 j/ `; U1 j% g4 {( e/ n8 q) L( 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:
    # v( F6 X: A$ m! I" M
  • 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。
    ( W( g0 r6 b1 p/ e
硬件构成:
    + o0 y6 ]0 w- R
  • 300w功率板
  • c2000 TMS320F28069系统卡
    0 z# n9 i& G& x4 ]' N
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:
& \! j& }1 D8 H# n6 b" w8 q$ c

9 {' x6 k: }. v6 G+ O
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 d" G" o+ C, t# N; U
硬件展示:
, E# L* x( G1 F+ E# ^/ {( [5 X
9 Z7 i4 N* u* j- z5 y- u( m- q
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7 Q3 j  Q  ^. l& E6 l( C# w
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& }" R$ _9 S* P8 N0 a' D& u0 f6 l; f
% Q0 B# j+ X  Z) f0 _) t

; c; N  f: B% i  }# G1 w8 _& @; o, }) A
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) M, M  E; k# t# \
$ O0 f& j6 K) M原理图:- k' q' C: e  X
功率电路
1 b( N- x; @, e1 r& }. \+ w% T$ l

* k$ b3 e3 o4 Y. a/ Z
接口电路
( u9 W8 ^  }& A0 y0 O# N6 M

/ b9 ?$ ?7 h  n  {
辅助电源
5 I" B# o6 G# }9 x. e6 D1 K
7 K% W; M: g- o: S( F% `
信号调理

: r" V: ?% R3 {5 R  y( D: z" V
3 ^9 J$ G0 C2 A2 \  s
布局图

1 z8 ^9 r0 [+ L  V6 ?9 ]

4 k6 k' H5 R0 n3 q! v$ i
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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