PCB3D视角

连续调压

过流保护

保护恢复

从最基本的说起吧，DC-DC的变换电路有很多种，线性电源、开关电源、电荷泵，线性电源大家比较熟悉的应该就是78XX系列的芯片了，电荷泵主要用在小电流的应用中，我们也不加讨论。主要讲讲开关电源，我呢也是一个先学先卖的人，就对照资料啥的随便介绍下拉，权当是开源本设计前的一点准备工作。

开关稳压器的工作原理，就是通过控制电路来控制开关器件的通断，配合负反馈完成稳压，跟线性稳压比起来，具有效率高体积小的特点，但是输出没有线性电源稳定。开关电源的基本结构有很多种，包括BUCK、BOOST、BUCK-BOOST、CUK等非隔离式的DCDC变换器，也有Flyback、LLC等隔离式的DCDC变换器。 开源的这个设计，是以buck拓扑为核心，配合F334的高级定时器的PWM、PI算法，实现的一个很简单的闭环控制，设计输入电压60V时，输出电压可调，输出电流最大5A，输出最大功率在200W左右。

系统框图如上，首先说明我这款电压是从HP电源的基础上增加人机界面和改善栅极驱动做的，也是征得了原作者的同意，在此表示感谢，借这个机会分享下自己的心得。

BUCK电路的基本结构如上图所示，相信大家基本或多或少对这个结构都有一定的了解。简单说下，S1闭合时，输入的通路为S1到L1到电容C2以及负载，S2关断时，L1中储存的能量经过D1形成新的回路，如此循环往复，在此过程中实现能量的转移，输出与输入电压的比值为占空比D。

同步BUCK，就是采用导通电阻特别低的mosfet来代替续流二极管，以此来提高整个拓扑的工作效率。基本图如下：

在有了以上了解的基础上，开始本设计的电路设计，亦即在同步buck的基本拓扑之上展开设计，最终设计如下：

图中采用了无电解电容设计，这样虽然纹波可能会大一点，但是响应的体积却小了很多，实际测试中，纹波在100MV以下。电感和电容的取值有响应公式可以推到，这里不多赘述，直接给大家提供一个小工具，输入参数就可以计算出结果的小工具：
BOOST电感、BUKC电感、逆变电容、电感计算表.rar (8.36 KB, 下载次数: 537)

2016-8-23 15:23 上传

点击文件名下载附件

下面谈一谈程序的设计思路，因为这款设计为了尽可能减少体积，因此使用了较大频率的PWM波，取值为250k，所采用的主控stm32f334是意法半导体专为数控电源所设计的一款MCU。STM32F334xx微控制器具有高分辨率定时器（HRTIM）外设，可产生多达10个信号，能够处理用于控制、同步或保护的各种不同输入信号。其模块化架构允许对大部分转换拓扑和多并联转换器进行处理，并可在运行中重新配置它们。

在如上所示的拓扑当中，包括输出电压读数和过流保护（利用FAULT输入），使在电流超出可编程阈值时关闭转换器。为简单起见，此处不讨论电流传感器和调整电路；预期的FAULT反馈（在FLT1输入上）为数字信号（在PA12输入上）。 HRTIM工作于连续模式，PWM信号定义如下： • TA1：在 TA Period 置位，在 TA CMP2 复位 • TA2：利用死区时间发生器，与 TA1 互补 （相同的上升沿和下降沿死区时间）

需要注意的是，有关AD采样的触发时机选择是一个很关键的点，如下图所示，对于特定占空比的PWM波，在其中央触发AD工作，这样可以避免纹波的影响。



由此，通过AD采样的输出电压与设定的电压一起，配合PI调节占空比，即完成了闭环反馈过程，通过对输出电压电流的编程，即完成电池充电程序的编写。

这里给出配置的代码和PI的代码。

1. /***************************************************************************
   
2. #define PWM_PERIOD = 144000000*32/switchfrequency
   
3. #define DT_RISING = risingtime*switchfrequency*PWM_PERIOD
   
4. #define DT_FALLING = fallingtime*switchfrequency*PWM_PERIOD
   
5. ***************************************************************************/
   
6. /**
   
7.   * [url=home.php?mod=space&uid=159083]@brief[/url]  用于配置HRTIM_A的输出，关闭deadtime时，为单输出，开启deadtime时，为双输出。
   
8.   * @param  死区使能，配套AD采样使能，错误使能，中断使能，初始频率，初始占空比（HO），中断频率，上升死区时间（单位纳秒），下降死区时间
   
9.   * @retval None
   
10.   */
    
11. void MY_BSP_Init_HRTIM_A(BOOLEAN deadtime,BOOLEAN adenable,BOOLEAN faultenable,BOOLEAN interrupt,uint32_t Initial_Fre,uint8_t Initial_Duty,uint8_t n_ISR,uint8_t risingtime,uint8_t fallingtime)
    
12. {
    
13.   HRTIM_TimeBaseCfgTypeDef timebase_config;
    
14.   HRTIM_TimerCfgTypeDef timer_config;
    
15.   HRTIM_OutputCfgTypeDef output_config_TA;
    
16.   HRTIM_CompareCfgTypeDef compare_config;
    
17.   /* ----------------------------*/
    
18.   /* HRTIM Global initialization */
    
19.   /* ----------------------------*/
    
20.   /* Initialize the hrtim structure (minimal configuration) */
    
21.   hhrtimA.Instance = HRTIM1;
    
22.   hhrtimA.Init.HRTIMInterruptResquests = HRTIM_IT_NONE;
    
23.   hhrtimA.Init.SyncOptions = HRTIM_SYNCOPTION_NONE;
    
24. 
    
25.   /* Initialize HRTIM */
    
26.   HAL_HRTIM_Init(&hhrtimA);
    
27. 
    
28.   /* HRTIM DLL calibration: periodic calibration, set period to 14祍 */
    
29.   HAL_HRTIM_DLLCalibrationStart(&hhrtimA, HRTIM_CALIBRATIONRATE_14);
    
30.   /* Wait calibration completion*/
    
31.   if (HAL_HRTIM_PollForDLLCalibration(&hhrtimA, 100) != HAL_OK)
    
32.   {
    
33.     Error_Handler(); // if DLL or clock is not correctly set
    
34.   }        
    
35.   /* --------------------------------------------------- */
    
36.   /* TIMERA initialization: timer mode and PWM frequency */
    
37.   /* --------------------------------------------------- */
    
38.   timebase_config.Period = 4608000000/Initial_Fre; /* 400kHz switching frequency */
    
39.   timebase_config.RepetitionCounter = n_ISR - 1; /* n ISR every 128 PWM periods */
    
40.   timebase_config.PrescalerRatio = HRTIM_PRESCALERRATIO_MUL32;
    
41.   timebase_config.Mode = HRTIM_MODE_CONTINUOUS;
    
42.         HAL_HRTIM_TimeBaseConfig(&hhrtimA, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, &timebase_config);        
    
43.   /* --------------------------------------------------------------------- */
    
44.   /* TIMERA global configuration: cnt reset, sync, update, fault, burst... */
    
45.   /* timer running in continuous mode, with deadtime enabled               */
    
46.   /* --------------------------------------------------------------------- */
    
47.   timer_config.DMARequests = HRTIM_TIM_DMA_NONE;
    
48.   timer_config.DMASrcAddress = 0x0;
    
49.   timer_config.DMADstAddress = 0x0;
    
50.   timer_config.DMASize = 0x0;
    
51.   timer_config.HalfModeEnable = HRTIM_HALFMODE_DISABLED;
    
52.   timer_config.StartOnSync = HRTIM_SYNCSTART_DISABLED;
    
53.   timer_config.ResetOnSync = HRTIM_SYNCRESET_DISABLED;
    
54.   timer_config.DACSynchro = HRTIM_DACSYNC_NONE;
    
55.   timer_config.PreloadEnable = HRTIM_PRELOAD_ENABLED;
    
56.   timer_config.UpdateGating = HRTIM_UPDATEGATING_INDEPENDENT;
    
57.   timer_config.BurstMode = HRTIM_TIMERBURSTMODE_MAINTAINCLOCK;
    
58.   timer_config.RepetitionUpdate = HRTIM_UPDATEONREPETITION_ENABLED;
    
59.   timer_config.ResetUpdate = HRTIM_TIMUPDATEONRESET_DISABLED;
    
60.         if(interrupt == TRUE)
    
61.         {
    
62.                 timer_config.InterruptRequests = HRTIM_TIM_IT_REP;
    
63.         }
    
64.         else
    
65.                 timer_config.InterruptRequests = HRTIM_TIM_IT_NONE;
    
66.   timer_config.PushPull = HRTIM_TIMPUSHPULLMODE_DISABLED;
    
67.         if(faultenable == TRUE)
    
68.                 timer_config.FaultEnable = HRTIM_TIMFAULTENABLE_FAULT1;
    
69.         else
    
70.                 timer_config.FaultEnable = HRTIM_TIMFAULTENABLE_NONE;
    
71.   timer_config.FaultLock = HRTIM_TIMFAULTLOCK_READWRITE;
    
72.   timer_config.DeadTimeInsertion = HRTIM_TIMDEADTIMEINSERTION_ENABLED;
    
73.   timer_config.DelayedProtectionMode = HRTIM_TIMER_A_B_C_DELAYEDPROTECTION_DISABLED;
    
74.   timer_config.UpdateTrigger= HRTIM_TIMUPDATETRIGGER_NONE;
    
75.   timer_config.ResetTrigger = HRTIM_TIMRESETTRIGGER_NONE;
    
76.         HAL_HRTIM_WaveformTimerConfig(&hhrtimA, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, &timer_config);        
    
77.         
    
78.   /* Set compare registers for duty cycle on TA1 */
    
79.   compare_config.CompareValue = 46080000*Initial_Duty/Initial_Fre;  /*duty cycle */
    
80.   HAL_HRTIM_WaveformCompareConfig(&hhrtimA,
    
81.                                   HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A,
    
82.                                   HRTIM_COMPAREUNIT_1,
    
83.                                   &compare_config);        
    
84.         /* --------------------------------- */
    
85.   /* TA1 and TA2 waveforms description */
    
86.   /* --------------------------------- */
    
87.   output_config_TA.Polarity = HRTIM_OUTPUTPOLARITY_HIGH;
    
88.   output_config_TA.SetSource = HRTIM_OUTPUTSET_TIMPER;
    
89.   output_config_TA.ResetSource  = HRTIM_OUTPUTRESET_TIMCMP1;
    
90.   output_config_TA.IdleMode = HRTIM_OUTPUTIDLEMODE_NONE;
    
91.   output_config_TA.IdleLevel = HRTIM_OUTPUTIDLELEVEL_INACTIVE;
    
92.   output_config_TA.FaultLevel = HRTIM_OUTPUTFAULTLEVEL_INACTIVE;
    
93.   output_config_TA.ChopperModeEnable = HRTIM_OUTPUTCHOPPERMODE_DISABLED;
    
94.   output_config_TA.BurstModeEntryDelayed = HRTIM_OUTPUTBURSTMODEENTRY_REGULAR;
    
95.   HAL_HRTIM_WaveformOutputConfig(&hhrtimA,
    
96.                                  HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A,
    
97.                                  HRTIM_OUTPUT_TA1,
    
98.                                  &output_config_TA);
    
99.         if(deadtime == TRUE)
    
100.         {
     
101.                 HAL_HRTIM_WaveformOutputConfig(&hhrtimA,
     
102.                                                                                                                                                 HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A,
     
103.                                                                                                                                                 HRTIM_OUTPUT_TA2,
     
104.                                                                                                                                                 &output_config_TA);
     
105.         }        
     
106.         if(deadtime == TRUE)
     
107.         {
     
108.                 HRTIM_DeadTimeCfgTypeDef HRTIM_TIM_DeadTimeConfig;
     
109.           /* Deadtime configuration for Timer A */
     
110.                 HRTIM_TIM_DeadTimeConfig.FallingLock = HRTIM_TIMDEADTIME_FALLINGLOCK_WRITE;
     
111.                 HRTIM_TIM_DeadTimeConfig.FallingSign = HRTIM_TIMDEADTIME_FALLINGSIGN_POSITIVE;
     
112.                 HRTIM_TIM_DeadTimeConfig.FallingSignLock = HRTIM_TIMDEADTIME_FALLINGSIGNLOCK_READONLY;
     
113.                 HRTIM_TIM_DeadTimeConfig.FallingValue = risingtime*4096/1000;
     
114.                 HRTIM_TIM_DeadTimeConfig.Prescaler = HRTIM_TIMDEADTIME_PRESCALERRATIO_MUL8;
     
115.                 HRTIM_TIM_DeadTimeConfig.RisingLock = HRTIM_TIMDEADTIME_RISINGLOCK_WRITE;
     
116.                 HRTIM_TIM_DeadTimeConfig.RisingSign = HRTIM_TIMDEADTIME_RISINGSIGN_POSITIVE;
     
117.                 HRTIM_TIM_DeadTimeConfig.RisingSignLock = HRTIM_TIMDEADTIME_RISINGSIGNLOCK_READONLY;
     
118.                 HRTIM_TIM_DeadTimeConfig.RisingValue = fallingtime*4096/1000;
     
119.                 HAL_HRTIM_DeadTimeConfig(&hhrtimA, HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A, &HRTIM_TIM_DeadTimeConfig);               
     
120.         }
     
121.         if(adenable == TRUE)
     
122.         {
     
123.                 HRTIM_ADCTriggerCfgTypeDef adc_trigger_config;
     
124.                 /* ------------------------------------------- */
     
125.                 /* ADC trigger intialization (with CMP4 event) */
     
126.                 /* ------------------------------------------- */
     
127.                 compare_config.AutoDelayedMode = HRTIM_AUTODELAYEDMODE_REGULAR;
     
128.                 compare_config.AutoDelayedTimeout = 0;
     
129.                 if(Initial_Duty >=50)
     
130.                         compare_config.CompareValue = 46080000*Initial_Duty/Initial_Fre; /* Samples in middle of ON time */
     
131.                 else                                                                                                                                                               
     
132.                         compare_config.CompareValue = 23040000*(100+Initial_Duty)/Initial_Fre;
     
133.                 HAL_HRTIM_WaveformCompareConfig(&hhrtimA,
     
134.                                                                                                                                                 HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_A,
     
135.                                                                                                                                                 HRTIM_COMPAREUNIT_4,
     
136.                                                                                                                                                 &compare_config);
     
137. 
     
138.                 adc_trigger_config.Trigger = HRTIM_ADCTRIGGEREVENT24_TIMERA_CMP4;
     
139.                 adc_trigger_config.UpdateSource = HRTIM_ADCTRIGGERUPDATE_TIMER_A;
     
140.                 HAL_HRTIM_ADCTriggerConfig(&hhrtimA,
     
141.                                                                                                                          HRTIM_ADCTRIGGER_2,
     
142.                                                                                                                          &adc_trigger_config);
     
143.         }
     
144.         if(faultenable == TRUE)
     
145.         {
     
146.                 HRTIM_FaultCfgTypeDef fault_config;
     
147.                 /* ---------------------*/
     
148.                 /* FAULT initialization */
     
149.                 /* ---------------------*/
     
150.                 fault_config.Filter = HRTIM_FAULTFILTER_NONE;
     
151.                 fault_config.Lock = HRTIM_FAULTLOCK_READWRITE;
     
152.                 fault_config.Polarity = HRTIM_FAULTPOLARITY_LOW;
     
153.                 fault_config.Source = HRTIM_FAULTSOURCE_DIGITALINPUT;
     
154.                 HAL_HRTIM_FaultConfig(&hhrtimA,
     
155.                                                                                                         HRTIM_FAULT_1,
     
156.                                                                                                         &fault_config);
     
157. 
     
158.                 HAL_HRTIM_FaultModeCtl(&hhrtimA,
     
159.                                                                                                         HRTIM_FAULT_1,
     
160.                                                                                                         HRTIM_FAULTMODECTL_ENABLED);
     
161.         }
     
162.         if(deadtime == TRUE)
     
163.         {
     
164.                 /* ---------------*/
     
165.                 /* HRTIM start-up */
     
166.                 /* ---------------*/
     
167.                 /* Enable HRTIM's outputs TA1 and TA2 */
     
168.                 /* Note: it is necessary to enable also GPIOs to have outputs functional */
     
169.                 /* This must be done after HRTIM initialization */
     
170.                 HAL_HRTIM_WaveformOutputStart(&hhrtimA, HRTIM_OUTPUT_TA1 | HRTIM_OUTPUT_TA2);        
     
171.         }
     
172.         else
     
173.                 HAL_HRTIM_WaveformOutputStart(&hhrtimA, HRTIM_OUTPUT_TA1);        
     
174.         
     
175.   /* Start both HRTIM TIMER A, B and D */
     
176.         if(interrupt == TRUE)
     
177.                 HAL_HRTIM_WaveformCounterStart_IT(&hhrtimA, HRTIM_TIMERID_TIMER_A);
     
178.         else
     
179.                 HAL_HRTIM_WaveformCounterStart(&hhrtimA, HRTIM_TIMERID_TIMER_A);
     
180.         
     
181.         
     
182.         
     
183.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
     
184. 
     
185.   /* Enable GPIOA clock for timer A outputs */
     
186.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
     
187. 
     
188.   /* Configure HRTIM output: TA1 (PA8) */
     
189.   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8;
     
190.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
     
191.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;;  
     
192.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;;  
     
193.   GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF13_HRTIM1;
     
194.   HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
     
195. 
     
196.         if(deadtime == TRUE)
     
197.         {
     
198.                 /* Configure HRTIM output: TA2 (PA9) */
     
199.                 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
     
200.                 HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
     
201.         }
     
202. }

复制代码

1. /**
   
2. * @brief  This function calculates new duty order with PI.
   
3. * @param  None
   
4. * @retval New duty order
   
5. */
   
6. int32_t PI_Buck(uint32_t RealVol,uint32_t SetVol,int32_t dec2hex(int32_t temp))
   
7. {
   
8.   /* Compute PI for Buck Mode */
   
9.   /* Every time the PI order sets extreme values then CTMax or CTMin are managed */
   
10.   int32_t seterr, pid_out;
    
11.   int32_t error;
    
12.         
    
13.   error = ((int32_t ) RealVol - (int32_t) SetVol);
    
14.         error = dec2hex(error);
    
15.         
    
16.   seterr = (-Kp * error) / 200;
    
17. 
    
18.   Int_term_Buck = Int_term_Buck + ((-Ki * error) / 200);
    
19. 
    
20.   if (Int_term_Buck > SAT_LIMIT)
    
21.   {
    
22.     Int_term_Buck = SAT_LIMIT;
    
23.   }
    
24.   if (Int_term_Buck < -(SAT_LIMIT))
    
25.   {
    
26.     Int_term_Buck = -(SAT_LIMIT);
    
27.   }
    
28.   pid_out = seterr + Int_term_Buck;
    
29.   pid_out += BUCK_PWM_PERIOD / 2;
    
30. 
    
31.   if (pid_out >= MAX_DUTY_A)
    
32.   {
    
33.     pid_out = MAX_DUTY_A;
    
34.     CTMax++;
    
35.   }
    
36.   else
    
37.   {
    
38.     if (CTMax != 0)
    
39.     {
    
40.       CTMax--;
    
41.     }
    
42.   }
    
43.   if (pid_out <= MIN_DUTY_A)
    
44.   {
    
45.     pid_out = MIN_DUTY_A;
    
46.     CTMin++;
    
47.   }
    
48.   else
    
49.   {
    
50.     if (CTMin != 0)
    
51.     {
    
52.       CTMin--;
    
53.     }
    
54.   }
    
55.   return  pid_out;
    
56. }
    

复制代码

给出原理图和工程文件： mybuck2.0.rar (857.63 KB, 下载次数: 1184)

2016-8-23 15:26 上传

点击文件名下载附件 F334Power.pdf (1 MB, 下载次数: 1200)

2016-8-23 15:27 上传

点击文件名下载附件

好冷清，没人看呀

已经看到，感谢分享

必须支持

支持，太赞了。收藏了。

好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好v