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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:2022-1-7 20:11
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。8 S$ u8 F, m$ Y8 B0 |
    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。
* \' e! j" z4 K8 m4 R7 P) w
                                             
4 p; |/ T3 u! P: _  G( o- G     工作原理:
, f9 n$ F* L" j1 L+ S' w9 ]0 z1 j                  当VIN>>VOUT时,两路互补PWM加在M1和M2,M4导通,M3关闭;
2 E. G1 U* }; l1 N% U- ]' h                  当VIN<<VOUT时,M1导通,M2关闭,两路互补PWM加在M3和M4;
* x% N5 E9 Y3 G# s# O! Y                  当VIN约等于VOUT时,M1和M3、M2和M4分别工作在同一状态。: Q5 T( Z  g& r- {# i; l, w& |
                  通过改变占空比改变改变输出电压。
* O* T4 H6 d6 M( b+ R$ g8 W! w           控制算法:1 R5 {9 T7 x4 e+ v
                  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:: D$ o# j1 F2 b5 s: l& d
                      电压:5V~36输入,1.8V~36V输出
, D2 q. U. a; @* q5 ^9 O, @% N# U                     电流:5A9 [7 Q# E' i  I9 A; H7 W% c
                     最大功率:150W
- |' s4 ?5 g" M( b
========================================

3 c3 b# s; H, G  p7 l8 q1 w
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。( Z2 y2 O2 K4 h- b7 u  c* @* D
废话不多说,进入正题
; d6 H4 W7 B! T========================================================================8 V) x6 ]8 C6 M$ R) _6 Q9 p1 o+ J

2 m+ Q) C5 s" o4 `" c
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:

    * ^, J, c( k: Y6 f% H7 f7 @
  • 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。) n% u" l( E6 n9 i' x) j
硬件构成:

    # C, f; C+ X0 K
  • 300w功率板
  • c2000 TMS320F28069系统卡3 I" h6 D7 A$ g' D- K3 Q6 k) d! p
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:

" R7 i( O+ t% H- W; `8 x& w; {6 s' c
4 i7 N* |- |  r8 S
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。
9 C7 e1 F2 P1 V9 T7 [- e
硬件展示:& a- X+ T5 h! i$ _

( o$ l# G  m. F- G9 b/ s$ Z, R, b
" k8 ~3 ~/ O8 E% c

1 v4 i0 e2 e9 P0 D6 J
7 C: B! n, O6 ^% E  L. L6 N9 ~4 i% j# O4 m, L3 T

9 e+ U6 e5 @+ v, |
+ X9 [% b; N( Q2 L' `! s4 m4 A
% ]7 A3 \7 _+ ?$ c0 S

+ W% w% Y( A6 |6 c0 S! R! w" s1 k$ H5 b0 f/ Q/ t. ]

1 k! ^* z$ m2 o; a. |8 w7 M" k# R" x
原理图:
9 D9 F5 J9 `- K3 O$ ]; b# S  n功率电路
- h) S: @: M' S( d) J* L6 G; r( R

9 a! b" w& Q9 z' s1 D3 s3 H
接口电路

4 ]/ ~9 }& k; I
  y4 i& r; l" |* l, p4 F
辅助电源
- N( H5 n% h6 M8 E4 O5 t7 P

: f) l! K3 v7 |! |
信号调理
5 u. K' {: ?1 `; F

9 \  i4 z( F: E# a
布局图
7 h6 q5 r! X+ z% P
; z9 z7 b* G" `* T  s% G8 I
收藏 评论1 发布时间:2022-1-7 20:11

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1个回答
愤怒的电容 回答时间:2022-3-29 14:33:59

这个厉害了,要好好学习一下

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