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【经验分享】STM32F334 应用于 LLC + SR 的高精度Timer 波形产生

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STMCU小助手 发布时间:2022-2-24 21:06
前言
$ H6 G2 @4 m2 \+ Y% t6 s( ZLLC 谐振变换器优于常规串联谐振变换器和并联谐振变换器:在负载和输入变化较大时,频率变化仍很小,且全负载范围内切换可实现零电压开关(ZVS),越来越多的被使用,同时使用二次同步整流(SR)可以实现零电流开关(ZCS)。微控制器的使用带来体积更小,控制更灵活的产品, STM32F334 内部集成高精度 Timer 高精度,高灵活性的 PWM 波形产生不仅使控制变简单,同时对产品效率提升带来好处。
- r; x3 w! e( A* I! T' }; q$ Z% a  X0 z. w. L  B
简要说明 LLC 简要说明 LLC 以及 SR 原理
5 f; d" h/ ~+ ]* @4 s对于普通的拓扑而言,在开关管开关时,MOSFET 的 D-S 间的电压与电流产生交叠,因此产生开关损耗,见下图示意:
* ]! c- a+ s9 u0 O4 B# E4 P
# W; w# H8 p; Y }DR9J}]I6NO(W(I%A%AQ4AG.png
3 o+ C- I7 A6 T. ^8 {3 w' k
" }% A. o6 u1 y: F, T1 ?为了减小开关时的交叠,人们提出了零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)两种软开关的方法。对于 ZCS:使开关管的电流在开通时保持在零,在关断前使电流降到零。对于 ZVS:使开关管的电压在开通前降到零,在关断时保持为零。% q# H% c/ J' c8 P2 `

9 ~" g# T! K1 U, g实际应用中一般是在变压器源边 ZVS 打开,而在副边进行二次同步整流(SR--synchronous rectification)的 ZCS 的关闭操作,下图为 LLC + SR 基本硬件构图:7 Z1 \0 [% M4 R! b$ j, y6 |
( p" C+ G6 Y& d" z& C, A& I
`TV[9L@U3YQ1%~}{)UHNO`J.png
9 P) L& N$ J+ T: ]3 x1 G! y. L) g% W! @7 t/ H
电感 Lr,变压器电感 Lm,电容 Cr 构成 LLC 网络。9 g% z( A& _6 [/ [' I7 C* ]5 X
重载工作时谐振频率:
: E# m/ I8 L+ ~7 r  z
+ H+ z8 \# O& \8 U0 [2 ?' F" q 69~{}DGC(EK6DJP7_3VKG4S.png
! m8 x' U+ O: k8 @6 N, |/ j2 _- z
: |6 M" K+ V0 n) v4 k. I轻载工作时谐振频率:) s/ ]( Z) C# S8 _) m$ I7 c

  n3 ^3 i' m5 s' M5 K: A3 n 7G3F11N[%W8~W6JB768KEE5.png
# a* k) H$ |' x& T6 T; d' @7 P9 z6 D# d- {# |' k6 a
控制波形
( Q+ M" u3 ~: y0 w* `( u& s在变压器源边根据电路参数设定固定的死区时间,副边延迟时间则根据实际电路以及频率进行实时调整。( n/ v  ?; x) [+ K/ i: g
MOSFET 端控制波形如下:
$ U5 E1 e  v. ^' Z4 X' G6 ?
  V- z' @+ K# ^# T2 e1 `, ]( _5 h T8GR}$@B%I_ODY4VBOYSIZU.png 2 ]% n( i9 x6 d% z0 Q
' f! g. t/ P9 f# }8 C2 D( u2 j+ D
% h. w9 l9 x! Y0 y
STM32F334 的 STM32F334 的 HRTIM 简介
0 W. @/ _6 W/ J+ v+ x# {STM32F334 内部集成高精度 Timer(HRTIMER),时钟频率最高达到 4.6GHz,同时各种波形控制机制,可以灵活配置波形产生,5 路 Timer 单元,每个上面可以产生互补输出或者单独的 PWM,同时可以使用 Master Timer 进行同步操作,各种Fault 产生机制快速终止输出,下图为 HRTIMER 框图:
1 ]2 W0 O3 J: _8 R3 n. g! G5 x  k% }/ T  p
[7S27IAAYQE0V)S@F9X5H.png 7 i$ O% N8 p  q7 ~, U4 w
6 g3 O# D- R: e& j
& g" R! K' h# X4 Y* ]! T
如何产生波形以及机制 如何产生波形以及机制
2 k# l1 C% ^2 z' STimer A 互补输出(两路波形)作为变压器源边 PWM 波形,死区时间根据电路参数调整,Timer B 其中一路波形作为SR 控制输出 1,Timer C 其中一路波形作为 SR 控制输出 2;具体操作如下:
$ c3 b9 y" a6 w6 s; V1 ^% b/ H 设定 Master Timer 做为 Timer A,B,C 的同步信号
! W$ f4 ?1 J8 U: d6 i+ t8 {
  1. pTimerCfg.ResetTrigger = HRTIM_TIMRESETTRIGGER_MASTER_PER;
复制代码

6 M0 |  y* W( P+ |$ j. F 设定 Timer A 两路互补输出,死区时间可调,本例中死区时间为 T1  D8 }& A* i, A& G0 }' C
  1. pTimerCfg.DeadTimeInsertion = HRTIM_TIMDEADTIMEINSERTION_ENABLED;
    & B5 J4 }% S; [
  2. pDeadTimeCfg.RisingValue = T1;
    ( U" E$ h% m( \" W; X& l
  3. pDeadTimeCfg.FallingValue = T1;
复制代码

* e( g- }- P. } 设定 Timer A 的 Set 源为 TIMERA_Compare1, Reset 源是 Master Timer 周期事件
% Z+ k! G) }' q( J
  1. pOutputCfg.SetSource = HRTIM_OUTPUTSET_TIMCMP1;
    5 b; G, M  i$ ]1 r
  2. pOutputCfg.ResetSource = HRTIM_OUTPUTRESET_MASTERPER;
复制代码

$ T/ d( k6 {1 c6 g 设定 Timer B 为单路输出,Set 源为 TIMERB_Compare1,Reset 源是 TIMERB_Compare2
! m2 g8 M" V/ E( t6 |
  1. pOutputCfg.SetSource = HRTIM_OUTPUTSET_TIMCMP1;$ b# d1 [" t  F+ y2 V2 B1 }
  2. pOutputCfg.ResetSource = HRTIM_OUTPUTRESET_TIMCMP2;
复制代码
7 @. e: a9 a' a  t
设定 Timer C 为单路输出,Set 源为 TIMERC_Compare1,Reset 源是 TIMERC_Compare2
) |3 r- Q6 g& {! a' a/ Q 设定 TIMERB_Compare1 数据为半周期数据(Half period)+ T2,TIMERB_Compare2 数据为 T3
) O/ R' y, q) R
  1. __HAL_HRTIM_SetCompare(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_B, HRTIM_COMPAREUNIT_1,: N. i: u4 J! `) l! d7 R$ z5 v9 r
  2. HALF_FRQUENCY+T2);- A4 A$ R2 J. n. Y( R! K; `
  3. __HAL_HRTIM_SetCompare(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_B, HRTIM_COMPAREUNIT_2, T3);
复制代码

# @% c0 I2 I( ^0 A  V' D 设定 TIMERC_Compare1 数据为 T2,TIMERB_Compare2 数据为半周期数据(Half period)+ T30 x8 y5 H7 z& _
  1. __HAL_HRTIM_SetCompare(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_C, HRTIM_COMPAREUNIT_1, T2);
    8 Y( k- j  t6 Y
  2. __HAL_HRTIM_SetCompare(&hhrtim1, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_C, HRTIM_COMPAREUNIT_2,
    * H1 r" C7 @2 u/ H* p6 c% l* b, ]
  3. HALF_FRQUENCY+T3);
复制代码

  x! n1 x1 i* a* a/ `
& m: u8 Y: b" @! _) F7 K3 f! f6 w0 M2 ~( \+ r
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