基于ARM的BUck變換器制作畢業(yè)論文

1、 . . . 基于ARM的Buck變換器制作摘 要電子技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅猛，直流開(kāi)關(guān)電源廣泛應(yīng)用于個(gè)人計(jì)算機(jī)、電信通信、電力系統(tǒng)、航空航天和生物醫(yī)療等領(lǐng)域，對(duì)開(kāi)關(guān)電源的性能、功率密度、工作效率和可靠性都提出了更高的要求。BUCK變換器在電池供電的計(jì)算機(jī)，消費(fèi)類產(chǎn)品等需多電源供電的電子系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，小型化成為必然的要求。本文對(duì)Buck變換器的整體電路和硬件電路進(jìn)行了討論。首先，對(duì)Buck變換器的背景，發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行闡述。其次，對(duì)Buck變換器的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，STM32處理器的簡(jiǎn)介和部主要結(jié)構(gòu)介紹，還有對(duì)變換器中的主要電路進(jìn)行介紹，功率與驅(qū)動(dòng)電路、電源電路、保護(hù)電路、軟開(kāi)關(guān)電路與控制、電

2、流傳感器的電路原理。再次，對(duì)整體電路進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的描述。最后，在附錄中，本文還將給出一些必要的系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料，供參考之用。關(guān)鍵詞：Buck變換器，ST,M32處理器，硬件電路，整體電路29 / 33Based on the arm of the changes made a buckAuthor : JinJian Tutor : Zhang YuxiangAbstractElectronic technology development in recent years, the dc power supply has the wide application in personal compu

3、ters and telecom communications, the electrical system, air space and biological and medical fields, switching power supplies of power, performance, efficiency and reliability have made a higher demands.Buck change in the battery power of computer, and many consumer products have the power supply of

4、 electronic systems are widely used, advocate small-size become inevitable.To buck this transformation of the electrical circuits and hardware circuit discussed.First, buck to change the background and development in the paper.Secondly, the buck from the hardware design, stm32 processors, and intern

5、al structure, and to introduce major changes in the main circuits to introduce, power and driven circuit, power supply circuits, the protection circuit and the electrical and control, the principle of the circuit. current sensors.Thirdly, the circuit to make some brief description.Finally, in the an

6、nex, this will also give some necessary system design, data for reference only.Key words:Buck changes, hardware circuit stm32 processor, the circuit目 錄1 緒論11.1 課題背景介紹11.2 課題研究狀況11.3 課題研究方法22 STM32處理器32.1 STM32處理器介紹32.2高級(jí)控制定時(shí)器(TIM1)42.2.1 簡(jiǎn)介42.2.2 主要特性42.3 通用定時(shí)器(TIMx)52.3.1 概述52.3.2 主要特性52.3.3 功能描述62

7、.4 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)72.4.1 介紹72.4.2 主要特征72.4.3 引腳描述82.4.4 功能描述93 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)113.1 Buck電路的開(kāi)關(guān)過(guò)程分析113.2 功率與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)123.2.1 IR2110簡(jiǎn)介123.2.2 IR2110部結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)123.3 電源電路與保護(hù)電路設(shè)計(jì)133.3.1 電源電路設(shè)計(jì)143.3.2 保護(hù)電路設(shè)計(jì)143.4 軟開(kāi)關(guān)電路與控制電路設(shè)計(jì)183.5 電流傳感器的電路設(shè)計(jì)213.5.1 電流傳感器的介紹213.5.2 工作原理213.5.3 模擬霍爾傳感器SS495介紹22結(jié)論25致26參考文獻(xiàn)27附錄 Buck變換器硬件電路圖281 緒

8、論1.1 課題背景介紹開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，別是近幾年便攜式電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展 ， 使高效率、高可靠性、高精度、高功率密度成為開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向，對(duì)集成電路設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。當(dāng)前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ),正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來(lái),電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng) 濟(jì)、實(shí)用,實(shí)現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后

9、經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對(duì)環(huán)境無(wú)害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日“能源之星"計(jì)劃規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的外圍設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的20

10、0瓦開(kāi)關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。1.2 課題研究狀況近30年來(lái)，開(kāi)關(guān)型功率調(diào)節(jié)器已經(jīng)發(fā)展成輕型、高效的直流電源。在各類Buck變換器中。PWM型DCDC變換器結(jié)構(gòu)種類多，發(fā)展快，術(shù)領(lǐng)先，于實(shí)現(xiàn)，成為最大的一類。目前，無(wú)論在電力電子，還是在控制領(lǐng)域中，IMDCDC變換器都是研究的熱點(diǎn)。PWM型變換器中。率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),著開(kāi)關(guān)頻率的提高,常用的理想元件級(jí)模型進(jìn)行仿真,需要的仿真時(shí)間會(huì)增加，至在諸如諧振變換器等場(chǎng)合會(huì)導(dǎo)致仿真不收斂。由于種種限制,在 DCDC變換器的控制方面只是最近幾年才有了較為集中的研究,且由于DCDC變換器的精確模型較難建立,傳統(tǒng)的控制方法較難得到好的控制特性

11、。隨著微電子技術(shù)，現(xiàn)代控制理論以與E D A技術(shù)等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，越多的先進(jìn)控制方法被用來(lái)控制DCDC變換器,大的改善了其性能。對(duì)這些先進(jìn)控制方法的仿真具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 1.3 課題研究方法本文主要研究Buck變換器的硬件電路部分，硬件電路主要是由STM32處理器和一些電路組成，這些電路包括：功率與驅(qū)動(dòng)電路，電源電路與保護(hù)電路，軟開(kāi)關(guān)電路與控制，電流傳感器。然后對(duì)Buck的整體電路在進(jìn)行研究和討論。1.4 整體框圖2 STM32處理器2.1 STM32處理器介紹微控制器全球領(lǐng)導(dǎo)廠商意法半導(dǎo)體宣布最新的STM32互聯(lián)系列(Co n n e c t i v i t y L ine)微控制器已全

12、面投產(chǎn)，基于ARM Co r t e x ( t m) - M3 處理器的這款新產(chǎn)品如預(yù)期準(zhǔn)時(shí)上市。S TM3 2互聯(lián)系列讓設(shè)計(jì)人員可以在同時(shí)需要以太網(wǎng)、US B、C AN和音頻級(jí)1 2 S接口的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中發(fā)揮工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的32位微處理器的優(yōu)異性能。目前互聯(lián)系列下設(shè)兩個(gè)產(chǎn)品系列：S T M3 2 F105 和 S T M3 2 F107。 S T M3 2 F1O5系列集成一個(gè)全速USB 20 Ho s tD e v i c eOT G接口和兩個(gè)具有先進(jìn)過(guò)濾功能的C AN2.0 控制器；STM3 2F107系列則在STM32F1O5系列基礎(chǔ)增加一個(gè)10100以太網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制器 ( MAC)，以完

13、整的硬件支持IEEE1588精確時(shí)間協(xié)議，使設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)閷?shí)時(shí)應(yīng)用開(kāi)發(fā)以太網(wǎng)連接功能。置專用緩存讓USBOTG、兩CAN控制器和以太網(wǎng)接口同時(shí)工作，以滿足通信網(wǎng)關(guān)應(yīng)用的需求，以與各種需要靈活的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)連接功能的挑戰(zhàn)性需求。兩個(gè)系列產(chǎn)品都支持音頻級(jí)l 2 S通信，配合USB h o s t ；F口SP I功能讓微控制器可以讀取USB大容量外存、MP3播放器或SD記憶卡等外存中的音頻文件，并通過(guò)1 2接口進(jìn)行音頻解碼和輸出。這些功能是家庭音響設(shè)備的必備功能，如音響底座系統(tǒng) 、 鬧鐘音樂(lè)播放器和家庭影院。ARM C o r t e x M3出色的處理性能讓開(kāi)發(fā)人員可以用軟件實(shí)現(xiàn)重要的功能(如語(yǔ)音編解

14、碼)和人機(jī)接口功能 (如顯示數(shù)據(jù)處理、播放和停止按鈕)，從而節(jié)省外部元器件?！拔覀?cè)谑褂?ARM C o r t e x M3核方面積累了大量的技術(shù)知識(shí)，可以迅速地推出新產(chǎn)品，在一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)核上實(shí)現(xiàn)高能效運(yùn)行、優(yōu)異的實(shí) 時(shí)性能和創(chuàng)新的共享外設(shè)，”意法半導(dǎo)體微控制器產(chǎn)品部總經(jīng)理Jim Nicholas表示，“目前量產(chǎn)中的四個(gè) S T M3 2系列產(chǎn)品，以與一個(gè)正在開(kāi)發(fā)的超低功耗S T M3 2 L微控制器平臺(tái),還有更多規(guī)劃中的創(chuàng)新產(chǎn)品，我們可靠的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)藍(lán)圖使我們的客戶能夠鎖定 現(xiàn)有市場(chǎng)并掌握新興市場(chǎng)機(jī)會(huì)?！?STM32互聯(lián)系列由72 MHz微控制器組成，能夠滿足網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)記錄、USB連接和

15、外設(shè)擴(kuò)展或現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)等需求，可用于以工業(yè)、醫(yī)療、家電、消費(fèi)電子和物業(yè)服務(wù)為目標(biāo)用的產(chǎn)品，如電力線通信(PLC)、電機(jī)控制、病人監(jiān)控、家庭音響、保安系統(tǒng)、電表控制面板。目前STM32系列共有70款產(chǎn)品在產(chǎn)，36MHz到72MHz的產(chǎn)品在軟件和引腳上相互兼容，提供多種共用外設(shè)選擇，以滿足多元化的應(yīng)用需求，共計(jì)八種封裝選擇，片上閃存密度從16K到512KB。置64KB、128KB或 256KB閃存的STM32F105和置128K或256KB閃存的STM32F107立即上市，這兩個(gè)系列產(chǎn)品采用LQFP64或LQFP100封裝。 2.2 高級(jí)控制定時(shí)器(TIM1)2.2.1 簡(jiǎn)介高級(jí)控制定時(shí)器(TIM1)

16、由一個(gè)16位的自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器組成，它由一個(gè)可編程預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)。 它適合多種用途，包含測(cè)量輸入信號(hào)的脈沖寬度(輸入捕獲)，或者產(chǎn)生輸出波形(輸出比較，PWM，嵌入死區(qū)時(shí)間的互補(bǔ) PWM)。 使用定時(shí)器預(yù)分頻器和RCC時(shí)鐘控制預(yù)分頻器，可以實(shí)現(xiàn)脈沖寬度和波形周期從幾個(gè)微秒到幾個(gè)毫秒的調(diào)節(jié)。高級(jí)控制(TIM1)和通用(TIMx)定時(shí)器是完全獨(dú)立的，它們不共享任何資源。2.2.2主要特性TIM1 定時(shí)器的功能包括： 16位上，下，上/下自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器 16位可編程預(yù)分頻器，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的分頻系數(shù)為165535之間的任意數(shù)值 4個(gè)獨(dú)立通道： 輸入捕獲； 輸出比較； PWM生成(邊緣或中間對(duì)齊模式)；

17、單脈沖模式輸出； 死區(qū)時(shí)間可編程的互補(bǔ)輸出； 使用外部信號(hào)控制定時(shí)器和定時(shí)器互連的同步電路； 在指定數(shù)目的計(jì)數(shù)器周期之后更新定時(shí)器寄存器；剎車輸入信號(hào)可以將定時(shí)器輸出信號(hào)置于復(fù)位狀態(tài)或者一個(gè)已知狀態(tài)。 如下事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生中斷/DMA： 更新：計(jì)數(shù)器向上溢出/向下溢出，計(jì)數(shù)器初始化(通過(guò)軟件或者部/外部觸發(fā))； 觸發(fā)事件(計(jì)數(shù)器啟動(dòng)，停止，初始化或者由部/外部觸發(fā)計(jì)數(shù))； 輸入捕獲； 輸出比較； 剎車信號(hào)輸入。2.3 通用定時(shí)器(TIMx)2.3.1 概述通用定時(shí)器是一個(gè)通過(guò)可編程預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)的16位自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器構(gòu)成。 它適用于多種場(chǎng)合，包括測(cè)量輸入信號(hào)的脈沖長(zhǎng)度(輸入采集)或者產(chǎn)生輸出波形(

18、輸出比較和PWM)。使用定時(shí)器預(yù)分頻器和RCC時(shí)鐘控制器預(yù)分頻器，脈沖長(zhǎng)度和波形周期可以在幾個(gè)微秒到幾個(gè)毫秒間調(diào)整。定時(shí)器是完全獨(dú)立的，而且沒(méi)有互相共享任何資源。它們可以一起同步操作。 2.3.2 主要特性通用TIMx定時(shí)器特性包括： 16位向上，向下，向上/向下自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器； 16位可編程預(yù)分頻器，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的分頻系數(shù)為 165535之間的任意數(shù)值。 4個(gè)獨(dú)立通道： 輸入捕獲； 輸出比較； PWM生成(邊緣或中間對(duì)齊模式)； 單脈沖模式輸出； 使用外部信號(hào)控制定時(shí)器和定時(shí)器互連的同步電路。 如下事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生中斷/DMA： 更新：計(jì)數(shù)器向上溢出/向下溢出，計(jì)數(shù)器初始化(通過(guò)軟件或者部/

19、外部觸發(fā))； 觸發(fā)事件(計(jì)數(shù)器啟動(dòng)，停止，初始化或者由部/外部觸發(fā)計(jì)數(shù))； 輸入捕獲； 輸出比較。2.3.3 功能描述輸入捕獲模式 在輸入捕獲模式下，當(dāng)檢測(cè)到ICx信號(hào)上相應(yīng)的邊沿后，捕獲/比較寄存器(TIMx_CCRx)被用來(lái)鎖存計(jì)數(shù)器的值。當(dāng)一個(gè)捕獲事件發(fā)生時(shí)，相應(yīng)的CCXIF標(biāo)志(TIMx_SR寄存器)被置1，如果開(kāi)放了中斷或者DMA操作，則將產(chǎn)生中斷或者DMA操作。如果一個(gè)捕獲事件發(fā)生時(shí)CCxIF標(biāo)志已經(jīng)為高，那么重復(fù)捕獲標(biāo)志CCxOF(TIMx_SR寄存器)被置1。寫(xiě)CCxIF=0可清除CCxIF，或讀取存儲(chǔ)在TIMx_CCRx寄存器中的捕獲數(shù)據(jù)也可清除CCxIF。寫(xiě)CCxOF=0可

20、清除CCxOF。 以下例子說(shuō)明如何在TI1輸入的上升沿時(shí)捕獲計(jì)數(shù)器的值到TIMx_CCR1寄存器中， 步驟如下： 選擇有效輸入端：TIMx_CCR1必須連接到TI1輸入，所以寫(xiě)入TIMx_CCR1寄存器中的CC1S=01， 一旦CC1S不為00時(shí)， 通道被配置為輸入， 并且TM1_CCR1寄存器變?yōu)橹蛔x。根據(jù)輸入信號(hào)的特點(diǎn)，配置輸入濾波器為所需的帶寬(輸入為TIx時(shí)，TIMx_CCMRx寄存器中的ICxF位)。假設(shè)輸入信號(hào)在最多5個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間抖動(dòng)，我們須配置濾波器的帶寬長(zhǎng)于5個(gè)時(shí)鐘周期。因此我們可以(以fDTS頻率)連續(xù)采樣8次，以確認(rèn)在TI1上一次真實(shí)的邊沿變換，即在TIMx_CCMR1

21、寄存器中寫(xiě)入IC1F=0011。 選擇TI1通道的有效轉(zhuǎn)換邊沿，在TIMx_CCER寄存器中寫(xiě)入CC1P=0(即上升沿)。 配置輸入預(yù)分頻器。在本例中，我們希望捕獲發(fā)生在每一個(gè)有效的電平轉(zhuǎn)換時(shí)刻，因此預(yù)分頻器被禁止(寫(xiě)TIMx_CCMR1寄存器的IC1PS=00)。 設(shè)置TIMx_CCER寄存器的CC1E=1，允許捕獲計(jì)數(shù)器的值到捕獲寄存器中。 如果需要，通過(guò)設(shè)置TIMx_DIER寄存器中的CC1IE位允許相關(guān)中斷請(qǐng)求，通過(guò)設(shè)置TIMx_DIER寄存器中的CC1DE位允許DMA請(qǐng)求。 發(fā)生當(dāng)一個(gè)輸入捕獲時(shí)：當(dāng)產(chǎn)生有效的電平轉(zhuǎn)換時(shí)，計(jì)數(shù)器的值被傳送到TIMx_CCR1寄存器。CC1IF標(biāo)志被設(shè)置

22、(中斷標(biāo)志)。當(dāng)發(fā)生至少2個(gè)連續(xù)的捕獲時(shí)，而CC1IF未曾被清除，CC1OF也被置1。 如設(shè)置了CC1IE位，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷。如設(shè)置了CC1DE位，則還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)DMA請(qǐng)求。為了處理捕獲溢出，建議在讀出捕獲溢出標(biāo)志之前讀取數(shù)據(jù)，這是為了避免丟失在讀出捕獲溢出標(biāo)志之后和讀取數(shù)據(jù)之前可能產(chǎn)生的捕獲溢出信息。 2.4 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)2.4.1 介紹12位ADC是一種逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它有18個(gè)通道，可測(cè)量16個(gè)外部和2個(gè)部信號(hào)源。各通道的A/轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行。ADC的結(jié)果可以左對(duì)齊或右對(duì)齊方式存儲(chǔ)在16位數(shù)據(jù)寄存器中。模擬看門狗特性允許應(yīng)用程序檢測(cè)輸入電壓是

23、否超出用戶定義的高/低閥值。 2.4.2主要特征12-位分辨率 轉(zhuǎn)換結(jié)束，注入轉(zhuǎn)換結(jié)束和發(fā)生模擬看門狗事件時(shí)產(chǎn)生中斷；單次和連續(xù)轉(zhuǎn)換模式；從通道0到通道n的自動(dòng)掃描模式；自校準(zhǔn)；帶嵌數(shù)據(jù)一致的數(shù)據(jù)對(duì)齊；通道之間采樣間隔可編程；規(guī)則轉(zhuǎn)換和注入轉(zhuǎn)換均有外部觸發(fā)選項(xiàng)；間斷模式；雙重模式(帶2個(gè)ADC的器件)；ADC轉(zhuǎn)換速率1MHz；ADC供電要求：2.4V到3.6V；ADC輸入圍：VREF- VIN VREF+；規(guī)則通道轉(zhuǎn)換期間有DMA請(qǐng)求產(chǎn)生。 圖2.3 是ADC模塊的方框圖。 注意：如果有VREF-管腳(取決于封裝)，必須和VSSA相連接。圖2.3 ADC模塊的方框圖2.4.3 引腳描述ADC管

24、腳 名稱信號(hào)類型注解 VREF+輸入模擬參考正ADC使用的高端/極參考電壓VSSA VREF+ VDDAVDDA輸入模擬電源等效于VDD的模擬電源且：2.4V VDDA VDD(3.6V)VREF-輸入模擬參考負(fù)極 ADC使用的低端/負(fù)極參考電壓VREF- = VSSAVSSA輸入模擬電源地等效于VSS的模擬電源地ADC_IN15:0模擬輸入信號(hào)16個(gè)模擬輸入通道 EXTSEL2:0輸入數(shù)字開(kāi)始規(guī)則成組轉(zhuǎn)換的六個(gè)外部觸發(fā)信號(hào)JEXTSEL2:0輸入數(shù)字開(kāi)始注入成組轉(zhuǎn)換的六個(gè)外部觸發(fā)信號(hào)表 2.12.4.4 功能描述1、ADC開(kāi)關(guān)控制通過(guò)設(shè)置ADC_CR1寄存器的ADON位可給ADC上電。當(dāng)?shù)谝?/p>

25、次設(shè)置ADON位時(shí)，它將ADC從斷電狀態(tài)下喚醒。 ADC上電延遲一段時(shí)間后(tSTAB)，再次設(shè)置ADON位時(shí)開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 通過(guò)清除ADON位可以停止轉(zhuǎn)換，并ADC置于斷電模式。在這個(gè)模式中，ADC幾乎不耗電(僅幾個(gè)µA)。 2、ADC時(shí)鐘 由時(shí)鐘控制器提供的ADCCLK時(shí)鐘和PCLK2(APB2時(shí)鐘)同步。CLK控制器為ADC時(shí)鐘提供一個(gè)專用的可編程預(yù)分頻器。 3、通道選擇 有16個(gè)多路通道。可以把轉(zhuǎn)換分成兩組：規(guī)則的和注入的。在任意多個(gè)通道上以任意順序進(jìn)行的一系列轉(zhuǎn)換構(gòu)成成組轉(zhuǎn)換。例如，可以如下順序完成轉(zhuǎn)換：通道3、通道8、通道2、通道2、通道0、通道2、通道2、通道15。規(guī)則

26、組由多達(dá)16個(gè)轉(zhuǎn)換組成。規(guī)則通道和它們的轉(zhuǎn)換順序在ADC_SQRx寄存器中選擇。規(guī)則組中轉(zhuǎn)換的總數(shù)寫(xiě)入ADC_SQR1寄存器的L3:0位中。注入組由多達(dá)4個(gè)轉(zhuǎn)換組成。注入通道和它們的轉(zhuǎn)換順序在ADC_JSQR寄存器中選擇。注入組里的轉(zhuǎn)換總數(shù)目寫(xiě)入ADC_JSQR寄存器的L1:0位中。如果ADC_SQRx或ADC_JSQR寄存器在轉(zhuǎn)換期間被更改，當(dāng)前的轉(zhuǎn)換被清除，一個(gè)新的啟動(dòng)脈沖將發(fā)送到ADC以轉(zhuǎn)換新選擇的組。溫度傳感器/ VREFINT部通道 溫度傳感器和通道ADC_IN16相連接，部參考電壓VREFINT和ADC_IN17相連接?？梢园醋⑷牖蛞?guī)則通道對(duì)這兩個(gè)部通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。注意：傳感器和VR

27、EFINT只能出現(xiàn)在主ADC中。4、單次轉(zhuǎn)換模式 單次轉(zhuǎn)換模式里，ADC只執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換。這個(gè)模式既可通過(guò)設(shè)置ADC_CR2寄存器的ADON位(只適用于規(guī)則通道)啟動(dòng)也可通過(guò)外部觸發(fā)啟動(dòng)(適用于規(guī)則通道或注入通道)，這時(shí)CONT位為0。 一旦選擇通道的轉(zhuǎn)換完成： 如果一個(gè)規(guī)則通道被轉(zhuǎn)換： 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在16位ADC_DR寄存器中； EOC(轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置； 如果設(shè)置了EOCIE，則產(chǎn)生中斷。 如果一個(gè)注入通道被轉(zhuǎn)換： 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在16位的ADC_DRJ1寄存器中； JEOC(注入轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置； 如果設(shè)置了JEOCIE位，則產(chǎn)生中斷，然后ADC停止。 4、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式 在連續(xù)轉(zhuǎn)

28、換模式中，當(dāng)前面ADC轉(zhuǎn)換一結(jié)束馬上就啟動(dòng)另一次轉(zhuǎn)換。此模式可通過(guò)外部觸發(fā)啟動(dòng)或通過(guò)設(shè)置ADC_CR2寄存器上的ADON位啟動(dòng)，此時(shí)CONT位是1。 每個(gè)轉(zhuǎn)換后： 如果一個(gè)規(guī)則通道被轉(zhuǎn)換： 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在16位的ADC_DR寄存器中； EOC(轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置； 如果設(shè)置了EOCIE，則產(chǎn)生中斷。 如果一個(gè)注入通道被轉(zhuǎn)換： 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在16位的ADC_DRJ1寄存器中； JEOC(注入轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置； 如果設(shè)置了JEOCIE位，則產(chǎn)生中斷。3、時(shí)序圖 如圖2.4所示，ADC在開(kāi)始精確轉(zhuǎn)換前需要一個(gè)穩(wěn)定時(shí)間tSTAB。在開(kāi)始ADC轉(zhuǎn)換和14個(gè)時(shí)鐘周期后，EOC標(biāo)志被設(shè)置，16位A

29、DC數(shù)據(jù)寄存器包含轉(zhuǎn)換的結(jié)果。.圖2.4 時(shí)序圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 Buck電路的開(kāi)關(guān)過(guò)程分析Buck變換器電路見(jiàn)圖3.1。Buck DCDC變換器由功率開(kāi)關(guān)s、儲(chǔ)能電感L、續(xù)流二極管D、濾波電容C、負(fù)載電阻R、和輸入電壓V成。變換器有電感電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作方式，降壓型電路電感電流連續(xù)與否的臨界條件：。圖3.1 Buck變換器電路圖圖3.2 Buck變換器基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)這里我們討論電感電流連續(xù)(CCM)方式。當(dāng)電感電流連續(xù)時(shí)，電路在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期相繼經(jīng)歷2個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，見(jiàn)圖3.3。 圖3.3 CCM工作狀態(tài)Buck變換器電路的情況3.2 功率與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)3.2.1 IR2110簡(jiǎn)介在功率變

30、換裝置中，根據(jù)主電路的結(jié)構(gòu)，其功率開(kāi)關(guān)器件一般采用直接驅(qū)動(dòng)和隔離驅(qū)動(dòng)兩種方式。采用隔離驅(qū)動(dòng)方式時(shí)需要將多路驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、主電路互相隔離，以免引起災(zāi)難性的后果。隔離驅(qū)動(dòng)可分為電磁隔離和光電隔離兩種方式。光電隔離具有體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但存在共模抑制能力差，傳輸速度慢的缺點(diǎn)?？焖俟怦畹乃俣纫矁H幾十kHz。電磁隔離用脈沖變壓器作為隔離元件，有響應(yīng)速度快 （脈沖的前沿和后沿），原副邊的絕緣強(qiáng)度高，dv/dt共模干擾抑制能力強(qiáng)。但信號(hào)的最大傳輸寬度受磁飽和特性的限制，因而信號(hào)的頂部不易傳輸。而且最大占空比被限制在50。而且信號(hào)的最小寬度又受磁化電流所限。脈沖變壓器體積大，笨重，加工復(fù)雜。凡是隔

31、離驅(qū)動(dòng)方式，每路驅(qū)動(dòng)都要一組輔助電源，若是三相橋式變換器，則需要六組，而且還要互相懸浮，增加了電路的復(fù)雜性。隨著驅(qū)動(dòng)技術(shù)的不斷成熟，已有多種集成厚膜驅(qū)動(dòng)器推出。如EXB840/841、EXB850/851、M57959L/AL、M57962L/AL、HR065等等，它們均采用的是光耦隔離，仍受上述缺點(diǎn)的限制。 美國(guó)IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動(dòng)器。它兼有光耦隔離（體積小）和電磁隔離（速度快）的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選品種。3.2.2 IR2110部結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)IR2110采用HVIC和閂鎖抗干擾CMOS制造工藝，DIP14腳封裝。具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道；懸浮電源采用自舉電路

32、，其高端工作電壓可達(dá)500V，dv/dt=±50V/ns，15V下靜態(tài)功耗僅116mW；輸出的電源端（腳3,即功率器件的柵極驅(qū)動(dòng)電壓）電壓圍1020V；邏輯電源電壓圍（腳9）515V，可方便地與TTL，CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有±5V的偏移量；工作頻率高，可達(dá)500kHz；開(kāi)通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns；圖騰柱輸出峰值電流為2A。 IR2110的部功能框圖如圖3.1所示。由三個(gè)部分組成：邏輯輸入，電平平移與輸出保護(hù)。如上所述IR2110的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來(lái)許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的成功設(shè)計(jì)，可以大大減少驅(qū)圖3.4 IR

33、2110的部功能框圖動(dòng)電源的數(shù)目，三相橋式變換器，僅用一組電源即可。圖3.5 驅(qū)動(dòng)電路原理圖3.3電源電路與保護(hù)電路設(shè)計(jì)3.3.1電源電路設(shè)計(jì) 電源是為各個(gè)控制芯片提供能量的，是硬件控制系統(tǒng)正常工作的前提，電源性能的優(yōu)劣直接決定了系統(tǒng)的精度與可靠性，所以電源的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)硬件系統(tǒng)至關(guān)重要。由于線性電源具有輸出精度高、輸出紋波小和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以在數(shù)字電源設(shè)計(jì)中采用了線性穩(wěn)壓模塊L7805，它輸出的+5V電壓是作為數(shù)字電源用的。A1215D是金升陽(yáng)科技生產(chǎn)的隔離DC/DC電源模塊，輸入12V，輸出士15V，最大輸出電流士33mA，因?yàn)橐粋€(gè)全橋逆變電路需要3路獨(dú)立電源，所以需要3片A1215D。

34、在每個(gè)芯片的電源輸入與輸出端都并上一個(gè)10-100電解或擔(dān)電容和一個(gè)0.10瓷片電容，起著去禍的作用，一方面為芯片存儲(chǔ)電量，另一方面消除線路上分布電阻與電感引起的高頻噪聲。在蓄電池的正極串聯(lián)一個(gè)低導(dǎo)通壓降的肖特基二極管，即使蓄電池輸入反接也不會(huì)對(duì)電源造成危害，二極管起到極性保護(hù)的作用，增強(qiáng)電源的可靠性。圖3.6 電源設(shè)計(jì)圖3.3.2保護(hù)電路設(shè)計(jì)1、74LS32介紹四2輸入或門 簡(jiǎn)要說(shuō)明 32 為四組 2 輸入端或門（正邏輯） ，共有 54/7432、54/74S32、54/74LS32 三種線路。結(jié)構(gòu)型式，其主要電特性的典型值如下：簡(jiǎn)要說(shuō)明 32 為四組 2 輸入端或門（正邏輯） ，共有 54

35、/7432、54/74S32、54/74LS32 三種線路。結(jié)構(gòu)型式，其主要電特性的典型值如下： 型號(hào) tPLH tphl PD；54/7432 10ns 14ns 96mW；54/74S32 4ns 4ns 140mW；54/74LS32 14ns 14ns 20mW；引出端符號(hào) 1A4A 輸入端；1B4B 輸入端；1Y4Y 輸出端；極限值 電源電壓 .7V；輸入電壓 54/7432、54/74S32.5.5V；54/74LS32 . .7V；工作環(huán)境溫度 54XXX . -55125；74XXX . 070；存儲(chǔ)溫度 . -65150。功能表：2、74LS74介紹簡(jiǎn)要說(shuō)明 74 為帶預(yù)置和

36、清除端的兩組 D 型觸發(fā)器，共有 54/7474、54/74H74、54/74S74、54/74LS74 四種線路結(jié)構(gòu)形式，其主要電特性的典型值如下： 型 號(hào) fmax PD；5474/7474 25MHz 85mW；54H74/74H74 43 MHz 150mW；54S74/74S74 110 MHz 150mW；54LS74/74LS74 33 MHz 20mW；引出端符號(hào)；1CP、2CP 時(shí)鐘輸入端；1D、2D 數(shù)據(jù)輸入端；1Q、2Q、1Q、2Q；輸出端 CLR1、CLR2 直接復(fù)位端（低電平有效）；PR1、PR2 直接置位端（低電平有效）。極限值 電源電壓.7V；輸入電壓 54/74

37、74、54/74H74、54/74S74.5.5V；54/74LS747V 。極限值 電源電壓.7V 。輸入電壓 54/7474、54/74H74、54/74S74.5.5V；54/74LS747V；工作環(huán)境溫度 54XXX .-55125；74XXX .070；存儲(chǔ)溫度 .-65150。3、工作原理隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,電子設(shè)備的功能日趨全面完善,對(duì)電源提出的要求也越來(lái)越高。由于具有高集成度、高性價(jià)比、外圍電路簡(jiǎn)單、高效率等優(yōu)點(diǎn),單片開(kāi)關(guān)電源已經(jīng)廣泛應(yīng)用于眾多便攜式電子產(chǎn)品中。本文分析了一款可廣泛應(yīng)用于分布式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、綠色電氣設(shè)備和筆記本電腦的降壓型(BUCK)直流(DC-DC)

38、開(kāi)關(guān)變換器,并著重分析和設(shè)計(jì)了其中的保護(hù)電路部分。保護(hù)電路主要由兩個(gè)電路模塊構(gòu)成:欠壓保護(hù)電路和過(guò)壓保護(hù)電路。對(duì)芯片的保護(hù)功能主要體現(xiàn)在以下兩方面:一、欠壓保護(hù)電路在輸入電壓過(guò)低時(shí),給出控制信號(hào),關(guān)斷芯片,防止芯片工作異常,在輸入電壓有一定波動(dòng)的情況下,具有一定的遲滯效應(yīng),防止誤關(guān)斷的發(fā)生,當(dāng)芯片的輸入電壓過(guò)高時(shí),部穩(wěn)壓接口電路能提供穩(wěn)壓功能,保護(hù)部控制電路正常工作;二、過(guò)壓保護(hù)電路對(duì)輸出電壓進(jìn)行監(jiān)控,當(dāng)輸出電壓過(guò)高時(shí),給出控制信號(hào),與時(shí)拉低輸出電壓,保護(hù)負(fù)載,在輸出信號(hào)傳輸通路中,引入了適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)延時(shí),能有效的抑制電壓毛刺所引起的誤觸發(fā)。芯片采用了0.6umHV-BCD工藝制成,適用于4.7

39、5V-23V的寬圍輸入,采用電流控制模式,工作頻率為340kHz。本文首先對(duì)BUCK型DC-DC變換器的相關(guān)原理和應(yīng)用于單片開(kāi)關(guān)電源的常用保護(hù)電路進(jìn)行了介紹。基于0.6umHV-BCD工藝,設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于降壓型直流開(kāi)關(guān)電源的保護(hù)電路,保護(hù)電路包括以下兩個(gè)電路子模塊:欠壓保護(hù)電路、過(guò)壓保護(hù)電路。由于開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用輸入圍較寬,所以在電路中采用了新型的部穩(wěn)壓接口電路,對(duì)電平進(jìn)行了適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換,從而使其既能夠滿足部控制模塊的低壓應(yīng)用需要,同時(shí)兼顧保護(hù)電路的設(shè)計(jì)需求。在過(guò)壓保護(hù)電路中,通過(guò)設(shè)置延時(shí)電路,解決了輸出電壓所引入得電壓毛刺所造成的芯片誤關(guān)斷問(wèn)題。本文是電路理論與仿真實(shí)踐相結(jié)合的結(jié)果。在分析電路

40、原理的基礎(chǔ)上,運(yùn)用HSPICE仿真軟件對(duì)保護(hù)電路的各個(gè)子電路模塊和整體性能進(jìn)行了功能和性能參數(shù)的仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果良好。圖3.7 保護(hù)電路原理圖3.4軟開(kāi)關(guān)電路與控制電路設(shè)計(jì)采用Buck控制方式能夠有效降低高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)功耗，但也仍然存在一些問(wèn)題：Buck變換器的功率MOSFET開(kāi)關(guān)應(yīng)力較大，因此元器件穩(wěn)定性較差；由于開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高，又給系統(tǒng)帶來(lái)很大的開(kāi)關(guān)損耗，需要設(shè)計(jì)風(fēng)冷散熱裝置。因此，為提高整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性、降低功耗，目前正在做軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)工作。對(duì)比幾種軟開(kāi)關(guān)特性和實(shí)現(xiàn)難易程度后，本節(jié)介紹的系統(tǒng)選擇了ZCSPWM軟開(kāi)關(guān)變換器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。假設(shè)輸出濾波電感足夠大，輸出電流幾為定值，電路工作

41、原理如圖1所示。圖3.8 軟開(kāi)關(guān)電路原理圖t0t1，諧振電感電流上升階段，如圖3.6所示。（3.1）t0時(shí)刻開(kāi)通VT，由于Lr中電流不能突變，而且開(kāi)通瞬間主二極管VD續(xù)流，且輸出電流不變，所以可以認(rèn)為VT零電流開(kāi)通。iL=UitLr線性上升，到t1時(shí)刻達(dá)到幾，VD零電壓關(guān)斷。（3.2）t1t2，Lr，Cr諧振階段。諧振方程如下：圖3.9iL在t1時(shí)刻為Io，其為負(fù)載輸出電流，因此認(rèn)為在t1時(shí)刻諧振初始電流為零，1LrCr。到T2時(shí)刻iL=Io,VD2、Cr支路電流下降為零，Uc正好諧振到2Ui.解（圖3.10）得：（3.3）圖3.101t2t3恒流階段進(jìn)人PWM工作方式，iL=Io。2t3t4

42、，Lr、Cr再次諧振階段。諧振方程如下：（3.4）在t3t4階段有3點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)VT1軟管斷。VT1可以在t31零電流關(guān)斷，t32零電壓關(guān)斷，t4零電流關(guān)斷。但考慮電路特性，選在t4時(shí)刻零電流關(guān)斷VT1。t3時(shí)刻導(dǎo)通VT2。VT2零電流開(kāi)通，解式（431）得：（3.5）3. t4t5，Cr放電階段。t4時(shí)刻后Uc電壓以IoCr下降。到t5時(shí)刻下降到零，續(xù)流二極管VD零電壓開(kāi)通。4. t5t6，二極管續(xù)流階段此階段任意時(shí)刻關(guān)斷VT2，VT2零電壓關(guān)斷。為確保任何時(shí)候VT，都可以零電流關(guān)斷，諧振電感電流必須能夠回零，得：（3.6）為減小諧振電容、電感工作時(shí)對(duì)PWM控制的影響，需要將諧振頻率盡量縮短，

43、即提高諧振頻率。設(shè)諧振頻率fr與開(kāi)關(guān)頻率fs關(guān)系為fsrNfs，N取值為410。（3.7）3.5電流傳感器的電路設(shè)計(jì)3.5.1電流傳感器的介紹伴隨著城市人口和建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，各種用電設(shè)備的增多，用電量越來(lái)越大，城市的供電設(shè)備經(jīng)常超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，用電環(huán)境變得越來(lái)越惡劣，對(duì)電源的“考驗(yàn)”越來(lái)越嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每天，用電設(shè)備都要遭受120次左右各種的電源問(wèn)題的侵?jǐn)_，電子設(shè)備故障的60%來(lái)自電源。因此，電源問(wèn)題的重要性日益凸顯出來(lái)。原先作為配角，資金投入較少的電源越來(lái)越受到廠商和研究人員的重視，電源技術(shù)遂發(fā)展成為一門嶄新的技術(shù)。小小的電源設(shè)備已經(jīng)融合了越來(lái)越多的新技術(shù)。例如開(kāi)關(guān)電源、硬開(kāi)關(guān)、軟開(kāi)關(guān)、參數(shù)穩(wěn)壓

44、、線性反饋穩(wěn)壓、磁放大器技術(shù)、數(shù)控調(diào)壓、PWM、SPWM、電磁兼容等等。實(shí)際需求直接推動(dòng)電源技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步，為了自動(dòng)檢測(cè)和顯示電流，并在過(guò)流、過(guò)壓等危害情況發(fā)生時(shí)具有自動(dòng)保護(hù)功能和更高級(jí)的智能控制，具有傳感檢測(cè)、傳感采樣、傳感保護(hù)的電源技術(shù)漸成趨勢(shì)，檢測(cè)電流或電壓的傳感器便應(yīng)運(yùn)而生并在中國(guó)開(kāi)始受到廣大電源設(shè)計(jì)者的青睞。3.5.2 工作原理從直流電到幾十千赫茲的交流電，其所依據(jù)的工作原理主要是霍爾效應(yīng)，當(dāng)原邊導(dǎo)線經(jīng)過(guò)電流傳感器時(shí)，原邊電流IP會(huì)產(chǎn)生磁力線，原邊磁力線集中在磁芯周圍，置在磁芯氣隙中的霍爾電極可產(chǎn)生和原邊磁力線成正比的大小僅幾毫伏的電壓，電子電路可把這個(gè)微小的信號(hào)轉(zhuǎn)變成副邊電流I

45、S，并存在以下關(guān)系式： 其中，IS副邊電流；IP原邊電流；NP原邊線圈匝數(shù)；NS副邊線圈匝數(shù)；NP/NS匝數(shù)比，一般取NP=1。電流傳感器的輸出信號(hào)是副邊電流IS，它與輸入信號(hào)（原邊電流IP）成正比，IS一般很小，只有100400mA。如果輸出電流經(jīng)過(guò)測(cè)量電阻RM，則可以得到一個(gè)與原邊電流成正比的大小為幾伏的輸出電壓信號(hào)。 圖3.11 電流傳感器原理圖3.5.3模擬霍爾傳感器SS495介紹1、特點(diǎn)：體積小巧（0.16x0.118）低功耗典型7mA在5VDC，電源沉或源線性輸出，含激光修正的薄膜電阻提供精確的靈敏度和溫暖度補(bǔ)償，工作溫度圍-40+150可反應(yīng)于正的或負(fù)的磁場(chǎng)，方塊霍爾傳感元件提供

46、穩(wěn)定的輸出，Rail-to-Rail性能可提供更有效的信號(hào)以達(dá)到更高精度。SS495 系列傳感器的輸出與電源電壓成比率變化關(guān)系，并與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。新的霍爾電路提供增強(qiáng)的溫度穩(wěn)定性和靈敏度。激光修正的薄膜電阻提供高精度（零點(diǎn)±3%，靈敏度±3%）以下和溫度補(bǔ)償減小零點(diǎn)和增益溫飄，方塊霍爾芯片把影響輸出的機(jī)械和熱應(yīng)力效應(yīng)減少到最小程度，正的靈敏度溫度系數(shù)（0.02%/C 典型值）有助于補(bǔ)償?shù)统杀敬配撠?fù)的溫度系數(shù)。Rail-to-Rail（全電壓圍）性能可提供更有用的信號(hào)以達(dá)到高的精度。3.12 SS495外部結(jié)構(gòu)圖3.13 SS495部結(jié)構(gòu)圖2、指標(biāo)供電電壓（VDC）4.5-10.5供電電流25（mA）典型值7.0輸出類型（電流沉源）最大值8.7比率變化輸出電流（mA）典型電流源最小電流源最小電流沉最小電流沉磁特性 25，5VDC1.5 Vs>4.5V 1.5Vs> 4.5V 1.0Vs >4.5V 0.6 Vs >5.0V 1.01.51.00.61.0磁場(chǎng)圍典型值高斯：-670 +670(-67 +67mT)最小值高斯：-600 +600(-60 +67mT)輸出電壓圍典型值0.2 (Vs-0