基于STM32F030同步整流BUCK数字电源学习板应用笔记 第五章 王昆山.docx

基于STM32F030同步整流BUCK数字电源学习板

Application应用笔记Date:2019-01-05

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2019-01-05

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鱼羊科技鲁班7号电子Date:2019-01-05

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1绪论

1.1同步BUCK设计规格

输入电压:12-56Vdc

输出电压:0-50Vdc

输出电流:8Amax

最大功率:250Wmax

最高效率：97%

输出纹波:50mVpp

电压稳定度：5%

开关频率:100KHz

保护功能：输入欠压、过压保护、输出过压、过流保护

运行指示:ON/OFF、CV、CC

人机交互：按键、编码器、0.96寸OLED显示、蜂鸣器、串口(预留接串口调试)

步进设置:0.1V、1V、0.1A、1A

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数字控制板由BUCK拓扑电路、辅助电源、半桥驱动电路、信号采集电路、STM32F030主控电路、按键/编码器电路以及OLED显示模块构成。

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本设计采用STM32F030作为主控芯片,利用F030的HRPWM模块产生所需PWM,通过EG3013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，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、AMS1117-3.3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；按键/数字编码器用于设置/调节相关参数；OLED显示系统的工作状态、输出电压、输出电流等信息。

2同步整流BUCK变换器原理

如图2所示，是同步整流BUCK主拓扑电路。同步整流BUCK电路由经典BUCK电路演化而来，在经典的BUCK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电路的工作原理先要学习认识经典BUCK电路原理；在2.1节和2.2节中将讲解BUCK电路的原理和参数计算。

2.1经典BUCK变换器

BUCK变换器也称为降压式DC/DC变换器，是最常用的DC/DC变换器之一。降压式DC/DC变换器能将一种直流电压变换成更低的直流电压。例如它可将+24V电源变换成+15V、+12V、或+5V电源，并且在变换器过程中的电源损耗很小，在分布式电源系统中经常会用到。

2.1.1降压式DC/DC变换器的拓扑结构

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降压式DC/DC变换器的拓扑结构如图2.1.1所示。图中的开关S用来等效功率开关管，Ui为直流输入电压，Uo为直流输出电压，VD为续流二极管，L为输出滤波电感(也称储能电感)，C为输出滤波电容。

当S闭合时除向负载供电之外，还有一部分电能储存于电感L和电容C中，L上的电压为UL，其极性是左端为正、右端为负，此时续流二极管VD截止。

当S断开时，L产生极性为左端负、右端正的反向电动势，使VD导通，L中的电能继续传送给负载和电容C。降压式DC/DC变换器在功率开关管导通时向负载传输能量，属于正激式变换器。

2.1.2降压式DC/DC变换器的工作原理

降压式DC/DC变换器可用一只NPN型功率开关管VT