李达升
佛山市科蓝环保科技股份有限公司广东省佛山市528200
摘要：随着科学技术水平的不断提高，电子元器件类型呈现多样化特点，可调压DC-DC电源取得了良好的应用效果。本文以STM32产品为基础，具体分析可调压DC-DC电源设计，希望能为相关设计人员提供思路，扩大DC-DC开关电源应用领域。这对我国电子行业发展、开关电源优势彰显有促进作用。
关键词：STM32；DC-DC电源；设计分析
前言
近年来，相关研究学者对可调压DC-DC电源设计工作十分关注，并得出相关研究结论。对比于发达国家，我国在这一方面的进步空间较大，深入探究STM32为基础的可调压DC-DC电源设计，这对我国智能产品研发提供可靠的理论支持。由此可见，本文探究“基于STM32可调压DC-DC电源设计的研究”这一论题是极为必要的，这不仅能为相关电子产品设计工作奠定理论基础、提供思路，而且还能为小型化电子产品设计提供实践指导，具体探究如下。
1.STM32产品简介及方案论证
产品简介：STM32是最新研制的ARM新型高速单片机，系列产品具有低能耗、高性能等优点，单片机由意法半导体集团研制，基本参数为：供电电压为2.1V~3.5V；工作温度范围为-38℃~84℃；内部RC振荡器；兼容I/O管脚（5V）；内嵌复位电图[1]。
方案论证：可调压DC-DC电源作为电能存储装置，具有充放电功能，功能作用发挥由按键控制，其结构如图1所示。电池组型号为，锂离子电池容量为。辅助电池芯片型号为，单片机主要负责重充放电管理[2]。
图1可调压DC-DC电源系统结构
双向DC-DC变换电路能够通过boost-buck双向电路、分离的buck恒流源和boost恒压源、双向半桥变换器、双向全桥变换器四种方案完成可调压DC-DC电源设计。其中，boost-buck双向电路具有操作简单、电流应力较小等优缺点；分离的buck恒流源和boost恒压源具有模块管理简单、双向升降压受到限制等优缺点；双向半桥变换器具有电路原理简单、电压转换范围局限这一优缺点；双向全桥变换器优点为支持大功率电能供应，缺点为器件功率损耗较大。参照基于STM32设计可调压DC-DC电源的相关要求，最后选用双向半桥变换器方案，该方案支持非隔离电路，并且支持充放电模式以及升降电压，此外，双向半桥变换器电流应力较小，具体分析如下。
2.可调压DC-DC电源设计分析
开关电源类型多样，其中可调压DC-DC电源属于可携带产品，产品应用的过程中，将低压直流电压转换为高压直流电压即可，适用于摄影机、移动电话、通信交换机、笔记本电脑等产品。下文具体分析单片机STM32F103ZET6为基础的可调压DC-DC电源设计，分析总结如下。
2.1双向DC-DC主回路
可调压DC-DC电源将双向半桥变换器作为双向DC-DC主回路，正向工作时，点路处于升压电路状态；反向工作时，电路处于降压电路。实际设计过程中，电压最大为V，充电电压最大为A，综合考虑后选用。借助半桥驱动芯片完成驱动操作，间接分析可知，不支持直接驱动，并且单片机是产生控制信号的主要设备。
2.2测控部分
实际设计时，恒流充电模式成为主要充电模式，为了避免发生采样干扰现象，有步骤完成采样芯片的信号处理，然后合理调整电压值，以便为单片机检测奠定基础。在这一过程中，为完成数字滤波操作，应用滤波算法、参照相关程序提高采样准确性。此外，明确基本原则，调查分析客户需要的基础上，优选适合产品，与此同时，预测可调压DC-DC电源未来发展趋势；最后，全面考虑所选类型的可靠性问题，以免为产品使用后期带来麻烦[3]。
2.3系统硬件设计
一方面，选择主控芯片，本文所选主控芯片类型为，具体参数为：电流A；电能转换效率大于%；切换频率KHz。该类型芯片具有电压稳定输出、PCB使用面积节约、便于弹性运用等优点；其功能优势主要为：限制电流、热停机保护、电能节约等。
另一方面，设计后续DC–DC电路供电原理（如图2），电路依次经过单片机、驱动电路、双向变换器、采样电路。
图2DC–DC电路供电原理
从上述图示内容可知，辅助电源能为STM32、采样电路、驱动电路供应电能，并且采样电路电能能够直接供应STM32。同时，STM32电能途径驱动电路、DC-DC双向变换器供应采样电路。在这一过程中，单片机STM32F103ZET6能够检测电流、电压信息，并支持模式自动切换，这能满足DC-DC双向变换器模式切换、模式控制提出的高标准。
2.4辅助供电模块
选用系列芯片进行电路组成，以便提供辅助电源，在这一过程中，充分考虑电路电源要求以及电路重量。
2.5控制程序
DC-DC双向变换运行模式主要有三种，第一种即充电模式，第二种即放电模式，第三种即切换模式。自动设置模式在运行模式判断中发挥重要作用。PID调节器具有广泛应用、操作简单等特点，并且该自动控制器参数调节优势明显。
2.6测试方案与测试结果
准备示波器、多功能万用表、直流稳压电源、锂离子电池、大功率电阻，调节充电电流0.04A，并合理控制精度，随后调节输入电压值，将电流变化幅度控制在百分之一，同时，增设过充保护功能。保证电压值在30.1V左右。充电、放电过程中，可调压DC-DC电源效率超过96%，并且设计要求被全面满足，系统性能较优。对于DC-DC降压主回路，设计期间替换原有二极管，功率最高消耗为W，将铁损、铜损包括在内，损耗大约W。统计上述计算得知的系统功率损耗，同时，升级芯片技术、更新芯片系统，效率能够达到92%左右[4]。
结论
综上所述，当前，电子信息技术发展速度不断加快，电子产品功能不断丰富，并且这类产品向智能化方向发展，为准确预测未来电子产品发展趋势，本文基于STM32设计可调压DC-DC电源，通过了解STM32产品组成及性能，针对可调压DC-DC电源设计具体探究。以STM32作为控制核心，较为简单地实现充放电的自动转换和发挥部分的设计，相关设计人员应主动向发达国家借鉴电子产品设计经验，掌握可调压DC-DC电源设计技巧，同时，结合我国电子产品市场需求以及实际设计情况，探索可调压DC-DC电源设计的最佳方案。DC-DC开关电源设计时，应用合理的控制算法，以此保证参数稳定性，以及准确性，这对我国电子产品设计水平提高，我国综合国力增强、科学进步有推动作用。
参考文献：
[1]李志鹏,李琳琳,周丹丹.基于STM32可调压DC-DC电源设计[J].电子技术与软件工程,2017(07):97-98.
[2]胡亮灯,孙驰,赵治华.高电压宽范围输入低电压输出的DC-DC辅助电源设计[J].电工技术学报,2015,30(03):103-114.
[3]韩冬林.基于LCS703HG的高压DC—DC电源设计[J].电源技术,2012,36(12):1934-1937.
[4]徐志国.一种Buck型DC-DC电源设计与仿真[J].现代电子技术,2014(19):150-152.