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基于STM32F334同步整流BUCK-BOOST数字电源设计
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2018-10-18
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随着不可再生资源的日益减少,人们对新型清洁能源的需求增加;促进了诸如太阳能发电、风力发电、微电网行业的发展,在这些行业产品中需要能量的存储释放、能量的双向流动;太阳能、风力发出的电需要升压逆变之后才能接入电网,而对于电池或者超级电容的充放电需要系统能够具备升压和降压的功能。双向同步整流BUCK-BOOST 变换器能够很好的满足需求,相对于单纯的BUCK电路或BOOST 电路,不仅能实现能量的双向流动,还能在同一方向实现升降压功能。能够实现能量双向流动功能电路拓扑有很多种,同步BUCK 电路可以是正向降压反向升压的双向DC-DC 变换器,同步BOOST 电路亦是如此;双向DC-DC 变换器一般可以通过用MOS 管代替经典拓扑电路中整流二极管得到新的拓扑,例如双向Cuk 电路、Sepic 电路、Zeta 电路等,本设计中采用同步BUCK 电路和同步BOOST 电路级联而成的同步整流BUCK-BOOST 电路拓扑,该拓扑结构简单,易于控制。
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1
GUILIN ANHE Technology CO.,Ltd.
版本 日期 说明
V1.0 2017/11/19
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Application
Note
基于
STM32F334
双向同步整流
BUCK
-
BOOST
数字电源
应用笔记 Date:2017-11-19
Rev1.0
2
GUILIN ANHE Technology CO.,Ltd.
桂林安合科技有限公司
应用笔记
Date:2017-11-19
Rev 1.0
1 绪论
1.1 双向 DC/DC 应用前景
随着不可再生资源的日益减少,人们对新型清洁能源的需求增加;促进了诸如太阳能发电、风
力发电、微电网行业的发展,在这些行业产品中需要能量的存储释放、能量的双向流动;太阳能、
风力发出的电需要升压逆变之后才能接入电网,而对于电池或者超级电容的充放电需要系统能够具
备升压和降压的功能。双向同步整流 BUCK-BOOST 变换器能够很好的满足需求,相对于单纯的 BUCK
电路或 BOOST 电路,不仅能实现能量的双向流动,还能在同一方向实现升降压功能。能够实现能量
双向流动功能电路拓扑有很多种,同步 BUCK 电路可以是正向降压反向升压的双向 DC-DC 变换器,同
步 BOOST 电路亦是如此;双向 DC-DC 变换器一般可以通过用 MOS 管代替经典拓扑电路中整流二极管
得到新的拓扑,例如双向 Cuk 电路、Sepic 电路、Zeta 电路等,本设计中采用同步 BUCK 电路和同步
BOOST 电路级联而成的同步整流 BUCK-BOOST 电路拓扑,该拓扑结构简单,易于控制。
本文档以下将详细介绍同步整流 BUCK-BOOST 数字电源软硬件设计,并附上原理图和参考代码。
1.2 系统方案结构
如图 1 所示为系统方案结构框图,同步整流 BUCK-BOOST 数字电源由 BUCK-BOOST 主电路、辅助
电源、驱动电路、信号调理电路、STM32F334 主控电路以及 OLED 驱动电路构成。具体的硬件说明详
见第 3 章。
图 1 同步整流 BUCK-BOOST 数字电源方案结构框图
本设计采用 STM32F334 作为主控芯片,利用 F334 的 HRPWM 模块产生所需 PWM,通过 UCC27211
驱动器驱动 MOS 管;通过信号调理电路和 ADC 模块采集输入电压、输出电压、输出电流等信号,
BUCK-BOOST
主回路
辅助电源
XL7005A
驱动电路
UCC27211
信号调理电路
TLV2374
STM32F334
主控电路
负载
/
电池
电源输入
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Date:2017-11-19
Rev 1.0
并利用采集的信号进行运算控制,以达到恒压恒流输出的目的。辅助电源采用 XL7005A、
AMS1117-3.0 分别变换产生 12V、3.3V 两路电源,并为 MOS 驱动电路、信号调理电路、OLED 驱
动电路、主控芯片供电;OLED 显示系统的工作状态、输出电压、输出电流等信息。
1.3 设计指标和功能
输入电压:12-48V 输出电压:0-48V
输出电流:额定电流 5A 最大电流 6.5A
最大功率:240W
效率:高达 95%
输出纹波:50mV RMS
电压稳定度:5%
开关频率 200KHz,高频率驱动设计,支持更小的电感电容、减小板子尺寸提高功率密度比
保护功能:输入欠压、过压保护;输出过压、过流保护
运行、故障指示;
1.4 应用对象
车载电源、太阳能转换器、电池充放电系统等
2 双向同步整流 BUCK-BOOST 变换器原理
如图 2 所示,双向同步整流 BUCK-BOOST 电路拓扑是由同步 BUCK 电路和同步 BOOST 电路级联而
成,相对于同步 BUCK 电路或同步 BOOST 电路,双向同步整流 BUCK-BOOST 电路在同一方向上实现了
升降压功能,而不是在一个方向上只能实现升压或降压功能。同步 BUCK 电路和同步 BOOST 电路则由
经典 BUCK 电路和经典 BOOST 电路演化而来,在经典的 BUCK 电路、BOOST 电路中由于整流二极管存
在较大压降,在整流二极管上存在较大损耗;而利用 MOS 管代替电路中的整流二极管,由于 MOS 管
开通时 MOS 管上的压降相对较低,能够显著提高电源的效率。由以上分析可知,要学习认识同步整
流 BUCK-BOOST 电路的工作原理先要学习认识经典 BUCK 电路、BOOST 电路原理;在 2.1 节和 2.2 节
中将讲解 BUCK 电路和 BOOST 电路的原理和参数计算。
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图 2 双向同步整流 BUCK-BOOST 主电路拓扑
2.1 经典 BUCK 变换器原理
工作原理:当 Up 为高时,Q1 到导通,D1 反向截止;直流电 Ui 通过 Q1 为电感 L1 储能并为负载
提供能量,这一过程中由于 Ui>Uo,Ui-Uo 的电压加在电感上,在电感没有饱和前,电感电流线性增
加,电感储能;当 Up 为低时,Q1 截止,电感电流线性减少,由楞次定律可以电感 L1 上会产生一个
“右正左负”的感应电动势,此时电感 L1 电容 CE2 释放能量通过整流二极管为负载供电,整流二
极管正向导通。
图 3 经典 BUCK 电路拓扑
波形分析:由上述分析画出如图 4 所示的先关波形,Q1 导通期间电感 L1 储存能量,Q1 截止期
间电感 L1 释放能量,根据整个开关周期内电感电流是否存在零点,即上一周期储存的能量在下一周
期到了之前,电感 L1 储存的能量是否完成释放,电感电流减小为零,可将 BUCK 电路的工作模式
分为连续工作模式和不连续工作模式,要使 BUCK 电路工作稳定需要工作在连续工作模式下,以下
将着重分析连续工作模式下的波形。
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(a)连续工作模式 (b)不连续工作模式
图 4 BUCK 电路工作波形
上图(a)为 BUCK 电源连续稳定工作时的波形,可以看出在 Q1 在导通期间储存的能量足够在
Q1 关断期间释放,在 Q1 下一次导通之前电感电流没有下降为零,且在整个开关周期里电感电流的
变化量△I 的平均值就是 BUCK 电路输出的电流;这可以由能量守恒计算出来。以下将计算 BUCK 电
路在连续工作模式下的电压增益和电感、电容的大小,如何选型。
参数计算:定义 MOS 管 Q1 导通时间为
on
t ,关断时间为
off
t ,周期为 T,占空比为:
offon
on
tt
t
D
;
在 MOS 管 Q1 导通期间,电感两端的电压为:
o
U
i
U ,电感电流线性增加,由电感与电流电压的关
系式
dt
di
LU
L
可以推出导通期间电感电流的增加量为:
on
o
t
L
U
i
L1
U
I ;Q1 关断期间电感
两端电压为
0
U ,电感电流线性减小,减少量为:
off
o
t
L
U
L2
I ,由以上分析 BUCK 电路稳定工作
时 电 感 电 流 的 增 加 量 等 于 减 少 量
L2L1
II ; 推 出 输 出 电 压 与 输 入 电 压 的 关 系 :
D
tt
t
U
U
offon
on
i
o
。电感电流的变化量
L2L1
III 。
电感量计算:由公式:
on
o
t
L
U
i
L1
U
I 推出
f
D
I
UU
t
I
UU
oi
on
L
oi
1
L ,其中
T
f
1
,
电感电流的变化量
omax
IKI ,K 的设计经验值取 10%-20%,
xoma
I 为输出电流的最大值则,电感
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资源评论
- 200902162020-05-23一个PDF,,,,,
- oao1oo22019-01-25看看怎么样。
- 颠颠小白牙2019-04-08还不错,有些收获。
火炎焱燚yu
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