DC-DC电源

1. 系统架构与硬件设计

1.1 主控芯片：STM32F334C8T6（以LQFP48封装为例）

• 核心： Cortex-M4，带FPU，适合运行数学运算密集的控制算法。

• 高分辨率定时器： HRTIM，分辨率可达184ps，是实现高性能数字电源的关键。

• 模拟外设：

  • ADC： 多达3个12位ADC，采样率高达5Msps，可用于多路电压电流的快速采样。

  • 运算放大器： 片内集成，可用于电流采样信号的放大。

  • 比较器： 可用于实现快速的过流保护。

1.2 功率拓扑：同步降压转换器

同步整流相比二极管整流效率更高，尤其适用于低输出电压的场景。

主要元件清单：

• 输入电容（C_in）： 电解电容或聚合物电容，用于滤除输入噪声和提供瞬时大电流。

• 高边开关（Q1）： N-MOSFET。

• 低边开关（Q2）： N-MOSFET。

• 栅极驱动器： 如IR2104/IRS2104等半桥驱动器，用于驱动Q1和Q2。

• 电感（L1）： 功率电感，其值根据输入/输出电压、电流和开关频率计算。

• 输出电容（C_out）： 低ESR的MLCC或聚合物电容，用于平滑输出电压，减小纹波。

• 反馈网络： 电阻分压网络，将输出电压分压至STM32的ADC测量范围（0-3.3V）。

1.3 关键电路设计

1. 电流采样电路：

• 方案一（高边采样）： 使用专用的电流采样放大器（如INA240）测量高边MOSFET电流。

• 方案二（低边采样）： 在低边MOSFET源极和地之间串联一个采样电阻。STM32F334内部的运算放大器可以放大该电阻两端的电压，然后由ADC读取。

  • 优点： 成本低，可利用片内资源。

  • 缺点： 无法检测电感电流的连续情况。

2. 电压采样电路：

• 输出电压： 通过电阻分压网络（R1， R2）直接连接到STM32的ADC引脚。

• 输入电压： 同样通过分压网络连接到ADC，用于监控输入电压和实现前馈控制。

3. 保护电路：

• 过流保护：

  • 硬件快速保护： 使用STM32内部的比较器，将电流采样信号与一个设定的阈值（可通过DAC设置）比较，一旦超限，可通过HRTIM的故障保护功能立即关闭PWM输出。

  • 软件保护： ADC定期采样电流值，在固件中判断，若过流则进入保护状态。

• 过压/欠压保护： 通过ADC采样输入/输出电压，在软件中实现。