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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。- Q, ~7 a9 Q5 X  t) O
    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。

. b9 X/ g$ u) b8 r& D+ j                                              7 N: D. q! C: F& [9 g- f2 K
     工作原理:) E2 b0 u/ q4 Z+ c
                  当VIN>>VOUT时,两路互补PWM加在M1和M2,M4导通,M3关闭;( V4 A( p0 |- ~0 c) F5 \( L8 `
                  当VIN<<VOUT时,M1导通,M2关闭,两路互补PWM加在M3和M4;: F# w6 m! y* T" E' ?# Q
                  当VIN约等于VOUT时,M1和M3、M2和M4分别工作在同一状态。; W! H' g! q9 `
                  通过改变占空比改变改变输出电压。& k7 F; k  ]' Z: M
           控制算法:8 E/ t; V! G) E3 O6 w+ l/ W
                  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:3 V5 L, n, k* w( {
                      电压:5V~36输入,1.8V~36V输出
# q& C* E; l# C% D                     电流:5A9 e1 Y8 H9 D4 A8 U: Y2 ^
                     最大功率:150W
/ K9 H# T1 X" g7 |0 ~2 S
========================================

. A" D" S6 w5 T& [+ p  m4 c; e
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。: w# b' p* }8 s9 Z( R2 p
废话不多说,进入正题/ y2 ~' p+ {6 l7 N. @) Z' X
========================================================================
/ Y' W' c# `3 L9 s5 i7 n
# z$ }0 P: t9 O( 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:
    ! U! S6 z# C( Z( @; A" T* R8 U
  • 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。5 |4 m2 G: b& @' S/ r2 H
硬件构成:
    * k5 n1 ^5 i/ m3 `
  • 300w功率板
  • c2000 TMS320F28069系统卡7 L5 ~! ]) g8 a3 B. F7 g
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:

) N* Z6 ^2 J/ C3 j3 g! B7 i
; n0 p! O/ w" ?! \$ q, g# 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。
/ Q5 Y& x, H- J8 V1 t+ w/ w% M
硬件展示:& W2 Y5 G1 z4 U% {0 R0 O+ y

5 p: K# I) w* |$ Q3 W% t
/ ~5 a6 f: d* F( b

' m4 b' l0 [) u! h8 y( A2 L6 o$ w, @, |7 ~$ y1 \
& `5 V! z/ r: i1 B1 F# N
9 b2 p4 h4 I& O( V, ?( @. a! K- p7 C

& _& U6 _7 W) m, E  ^6 g

" c+ |! s; G9 A& i& K5 V: ]+ E* O# A* X" I+ k/ q5 K/ O7 v, u
/ j. A" n" m6 V

* Q- J7 o! O6 o. v! l0 F+ n, u( j& O/ v6 {3 l: R9 L/ ]
原理图:/ T) _( g. }6 R
功率电路
  A- j5 w, R4 D  Z
/ L& F/ C, {' N. _$ p  x
接口电路
( ^& |- t! C2 N' K6 N4 [7 c

/ O! \# n4 d# ^, D% ~7 n1 c7 m
辅助电源
) V' ?1 m/ P( ]& s: k
, A" G8 F- \2 X5 E- Q, l
信号调理

* U4 H* U5 l/ W) {! e5 C

7 d( F; G3 s' L1 y& ^
布局图

* `! E* O5 a+ ]7 i' m

! o( V! g' G. N  J  j/ p$ W
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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