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基于STM32F334微控制器的同步降压数字电源设计指导手册.pdf
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更新于2023-03-16
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基于STM32F334微控制器的同步降压数字电源设计指导手册pdf,本设计采用了STM32F334微控制器作为控制器的通便降压变换器的数字电源,实现降压控制,由飞鸟电源分享。
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基于
STM32F334
微控制器的同步降压数字电源设计
指导手册
[
何。小P
]
基于
STM32F334
微控制器的同步降压数字电源
设计指导手册
1.
方案概述
...................................................................................................
1
1
.1. 概述
..............................................................................................
1
1
.2. 系统主要结构
..............................................................................
1
1
.3. 主要功能和指标
..........................................................................
2
1
.4. 应用对象
......................................................................................
2
2.
方案硬件设计
...........................................................................................
2
2
.1. 功率电路
......................................................................................
2
2
.2. 驱动电路
......................................................................................
3
2
.3. 信号调理电路
..............................................................................
3
2
.4. 控制电路
......................................................................................
6
2
.5. 辅助电源电路
..............................................................................
7
3.
方案主要算法介绍
...................................................................................
8
3
.1.
PID
算法
.......................................................................................
8
4. BUCK
同步减压拓扑及控制方式说明
....................................................
10
4
.1.
BUCK
同步降压
..........................................................................
10
4
.2. 控制模式
....................................................................................
11
5.
附件
.........................................................................................................
13
5
.1. 同步降压模块
-Syn-buck
原理图
...............................................
13
5
.2. 参考代码
....................................................................................
18
基于
STM32F334
微控制器的同步降压数字电源
设计指导手册
1
1.
方案概述
1.1. 概述
数字电源并不是简单的指在系统中应用了数字器件,如单片机及
DSP
等,而
是指整个系统的控制应用数字器件的计算能力和离散控制方法来完成,随着电力
电子的发展,电源越来越趋向数字化与智能化发展。本设计采用
STM32F334
作
为控制器的同步降压变换器的数字电源,可以实现降压控制,也可以实现升压控
制,能量双向流动。数字控制不只能让电源更简单,还可以让电源实现四遥功能。
四遥:遥测、遥信、遥控及遥调。
本设计将介绍同步降压的数字控制方案硬件和软件的设计说明,并附相关电
路原理图及参考代码。
1.2. 系统主要结构
如图
-1
所示,
BUCK
同步降压系统由辅助电路、控制电路、驱动电路、
BUCK
电路、信号调理电路构成。具体硬件的介绍及说明见第
2
章节内容。
辅助电源
以
STM32F334
为
核心的控制电路
MOS
驱动
UCC27201
信号调理电
路
BUCK
同步降压电
路
直流负载
/
电池
图
-1
基于
STM32F334
微控制器的
BUCK
同步降压的数字控制方案结构图
本设计应用了
STM32F334
的
PWM
模块发出对称的
PWM
波驱动
BUCK
电路;
通过
ADC
模块采集直流母线电压,输出电压、输出电流及远端测量,特别说明
的是远端测量,认为在电池充放电应用是有效的,因为其可以解决电缆电线的压
基于
STM32F334
微控制器的同步降压数字电源
设计指导手册
2
降问题;预留一个串口通信接口,可以实现与上位机,操作面板等设备通信。
1.3. 主要功能和指标
输入电压:
10~64V
,输出电压:
5~60V
;
最大电流:
5A
;
最大功率:
240w
;
高效率设计,支持的最大效率超过
95%
;
250 KHz
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)
反向电压控制。
保护机制:过压保护,欠压保护,过流保护。
1.4. 应用对象
适合于太阳能微转换器、数字电源和电池充放电、直流
UPS
应用
2.
方案硬件设计
2.1. 功率电路
如图
-2
所示,同步
BUCK
由经典的
BUCK
变换而来,具体是使用
mos
替换二
极管实现。输入端与输出端都采用
LC
滤波,使得输入输出电流连续,便于滤波。
输出端的
-
极采用采用电阻实现电流采样,并经过放大电路放大之后送入
MCU
的
ADC
口,具体将在第
2.3
节介绍。
图
-2 BUCK
同步降压电路原理图
L1
15uH/15A
L2 15uH/15A
R4
10mOhm
C1
225
C2
225
TP4
TP8 TP9
TP5
R3
2Ohm
R2
2Ohm
PVPWR
VOPWR
C8
105
PVRTN
VORTN
C3
105
C4
105
C5
105
C6
105
C7
105
C9
105
C10
105
C11
105
C12
105
C13
225
C14
225
T1
SMAJ90A
T2
SMAJ90A
VIPWR
VIRTN
2
1
3
4
5
6
7
8
Q2
BSC123N08NS3G
2
1
3
4
5
6
7
8
Q3
BSC123N08NS3G
VOPWR
VORTN
R1
2Ohm
G_HO
G_LO
G_HS
2
1
3
4
5
6
7
8
Q1
BSC123N08NS3G
2
1
3
4
5
6
7
8
Q4
BSC123N08NS3G
HS
PV
基于
STM32F334
微控制器的同步降压数字电源
设计指导手册
3
2.2. 驱动电路
如图
-3
所示,
MOS
管驱动电路采用
TI
的半桥驱动芯片
UCC27211
。该器件内
部集成自举电容充电用二极管,耐压
120V
,驱动电流达
4A
。特别注意,该器件
内部不带死区时间功能,为避免上下桥臂同时导通,死区时间必须在
MCU
上实
现。
VCC
1
LO
8
VSS
7
HI
5
HS
4
HO
3
HB
2
LI
6
U1
UCC27211
G_HO
G_LO
G_HS
CT1
0.47uF
GND
12V
R5
10K
R6
10K
GND
C15
475
GND
PWM1A
PWM1B
图
-3 MOS
管驱动电路
2.3. 信号调理电路
信号调理电路包含输入电压检测,输出电压检测,远端电压测量,输出电流
检测等,这些功能都是基于
TLV2374
运算放大器实现并且采用差分形式。
1
)输入电压检测
如图
-4
所示,输入电压检测直接采用电阻分压实现。
表达式:
Vin = ADC_V_IN * 31
(式
1
)
R15
30K
R16
1K
C20
103
AGND
VIPWR ADC_V_IN
AGND
图
-4
输入电压检测电路
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