使用STM32F334 Discovery套件的降壓-升壓轉換器

本應用筆記介紹了STM32F334發現套件(32F3348DISCOVERY)中包含的降壓-升壓型DC / DC轉換器,這是一種低成本,易於使用的開發套件,可快速評估並開始使用STM32F3系列微控制器進行應用開發。

STM32F334xxARM®Cortex®-M4微控制器結合了高集成度和高​​性能,專為數位電源轉換應用而設計,該降壓-升壓型DC / DC轉換器說明了它們如何有效控制H橋拓撲轉換器。本應用筆記演示了STM32F334xx產品如何利用其嵌入式高分辨率計時器(HRTIM)以及適合於此類基於開關的轉換器應用的設置靈活性來滿足該功能的需求。

本演示示例需要一個外部電源,該電源將獨立於連接到主機PC的mini-B USB電纜進行連接。在演示之前,需要將此範例程式下載到STM32F334 Discovery套件中。

參考文件:

  • UM1733:STM32F334發現套件入門;
  • DB2343:用於STM32F334微控制器的發現套件;
  • UM1735:帶有STM32F334C8 MCU用戶手冊的STM32F3系列發現套件。

這些文件可從意法半導體網站(http://www.st.com)獲得。

在安裝和使用產品之前,請接受來自http://www.st.com/epla的《評估產品許可協議》。有關STM32F334發現板和演示軟件的更多信息,請訪問www.st.com/stm32f3discovery

 

應用原理總覽

STM32F334 Discovery嵌入了一個降壓-升壓型DC / DC轉換器,該轉換器允許將DC電壓從一個電平有效轉換到另一個電平。

用戶可以施加最大3至15 V的輸入DC電壓,並使用轉換器將該電壓轉換為最大3至15 V的DC電壓。預先在固件中定義了目標常數來設置VOUT目標。

由於電感器尺寸和輸入/輸出變化條件的影響,允許的輸出電流典型值為0.5A。輸入電壓可以使用降壓模式轉換為較低的電壓電平,或使用升壓模式轉換為較高的電壓電平。使用同相降壓-升壓拓撲結構的單個H橋轉換器支持這兩種模式。

STM32F334微控制器通過最少的硬件連接到電源開關,某些硬件用作電平轉換器,尤其是使微控制器電源的低電平電壓適應連接到外部電源的功率級。降壓-升壓轉換器拓撲如圖3所示。

 STM32F334 Discovery Buck / Boost轉換器拓撲

如上所示,高分辨率計時器控制H橋轉換器的N和P MOS開關。 P-MOSFET未直接連接至高分辨率計時器,而是與電平轉換器接口,而邏輯電平N-MOSFET由MCU直接控制。這些電平轉換器由雙極圖騰柱驅動器組成。有關轉換器原理圖的更多詳細信息,請參考UM1735。

降壓腳(H橋的左側)由來自HRTIM(高分辨率計時器)和升壓腳(H橋的右側)的TA1(對於PMOS)和TA2(對於NMOS)信號驅動。由來自HRTIM的TB1(對於NMOS)和TB2(對於PMOS)信號驅動。該轉換器結構使用4個MOSFET開關來實現同步整流,從而提高了轉換器效率和熱性能。這包括用MOSFET晶體管代替降壓或升壓轉換器級中常用的整流二極管,以確保電流整流並在低輸出電壓和大電流電源中提供更好的效率。續流二極管中的傳導損耗可能佔開關轉換器功率損耗的很大一部分。

內部HRTIM PWM開關頻率為250 kHz。 VIN和VOUT信號均由ADC外設感測,並且評估了相對於VOUT目標的變化誤差。

這種模式稱為電壓模式控制,因為輸出調節基於電壓測量。然後由比例積分控制器(PI)根據ADC輸入在內部計算PWM佔空比。

任何硬件電流檢測方法(串聯檢測電阻,MOSFET電流檢測,電流互感器等)都不會檢測輸入或輸出電流,而是通過本文稍後介紹的軟件解決方案對其進行評估。

注意:出於安全原因,用戶不得修改當前設計,並且必須遵守固件操作限制。此外,不建議將USB電壓源用作VIN的備用電源,因為這會損壞電路板或主機USB PC的端口如果在轉換器中有強制高電流.



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