RM基于BUCK-BOOST的超级电容控制器

本文主要是介绍RM基于BUCK-BOOST的超级电容控制器，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

RM圆桌004 | 超级电容哪家强？ (robomaster.com)

基于STM32F334双向同步整流BUCK-BOOST数字电源设计_电路 (sohu.com)

随着不可再生资源的日益减少，人们对新型清洁能源的需求增加，促进了诸如太阳能发电、风力发电、微电网行业的发展，在这些行业产品中需要能量的存储释放以及能量的双向流动，比如太阳能、风力发出的电需要升压逆变之后才能接入电网，而对于电池或者超级电容的充放电需要系统能够具备升压和降压的功能，为了确保电能转换的安全性以及稳定性，因此急需设计一款变换器，不仅能实现能量的双向流动，还能在同一方向实现升降压功能。这里的能量双向流动是指风力发电后经过升压逆变送入电网，电网降压又可以给电池充电。

超级电容均压板：

超级电容组的电压由串联的电容器数量决定，而功率则是由并联的电容器数量决定。超级电容组所使用的超级电容的单体电压范围为0~2.7V。因此，为了得到所需的24V电压，我们需要将超级电容串联使用。

BW6101法拉电容保护芯片是专门针对超级电容串联模组的电容单体过压保护而设计的一款高性能、低价格芯片。BW6101采用高精度内部电压基准，确保保护电压精度在1%以内，内置功率管可以提供大电流泄放能力，在没有外部扩流管的条件下，可以提供 200mA的电流泄放能力；如果需要大电流泄放保护，可以采用外部增加扩流MOS管，最大泄流能力可以达到几安培甚至几十安培，满足大容量法拉电容模组的保护要求。

电路由9个2.7V 60F的法拉电容串接而成，Umax= 9 *2.7 = 23.6V

由于 2.7V 100F 电容容量大，同时需要大电流进行充放电，这时需要更大功率的泄放电路才能更好地保证电容单体不过压，进而保护超级电容模组的工作安全。因此，我们采用BW6101+外部扩流MOS+大功率电阻的结构。已知BW6101内部MOS管可靠地泄放电流为200mA，所以更大的泄放电流必须通过外部MOS和2个的10毫欧3W功率电阻来完成。每个单体法拉电容的保护电压是2.65V，当电容两端的电压大于2.65V时，内部泄放开关打开，通过泄放电阻对下一级电容进行放电，保证电容两端的电压不会过压，芯片同时具有过压LED指示灯，当电容两端的电压大于2.75V时，指示灯会点亮，可以用来对监测模组的工作状态。电路可以允许20A以上的泄放电流。如果需要更大的泄放电流，那么需要更换大功率MOS管及更大功率的电阻。

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器件放到底层：

鼠标左键点住元器件，然后点击键盘上的L键注意：是大写大L ，并且是点住鼠标左键。

超级电容控制板：

根据功率守恒有：裁判系统输出功率 = 底盘功率 + 超级电容输出功率。裁判系统的输出功率是由底盘和超级电容决定的。

最理想的工作状态是裁判系统恒定以刚好不掉血的限制功率输出，当底盘功率小于限制功率时超级电容充电来吸收多余的功率，当底盘功率大于限制功率时超级电容放电来提供多余的功率。这样可以使一场比赛中机器人使用的总能量达到最大

在电路设计中，采样电阻通常用于测量或监控电流。采样电阻可以放在电路的高端（接近电源正极）或低端（接近电源负极）。选择放置位置时，需要考虑多种因素，其中包括共模电压的影响。

采样电阻放在低端，若采样电阻放在高端，会有较大的共模电压使采样电流不准确,:

共模电压是指同时出现在两个信号线上的相同电压。在差分信号中，共模电压并不携带信息，但它可能会影响信号的测量和传输。

当采样电阻放在电路的高端时，采样电阻两端的电压会受到共模电压的影响。特别是当共模电压较大时，它可能会叠加在采样电阻上的实际电压降上，导致采样到的电流值不准确。这是因为采样电路可能设计为仅测量相对于某个参考点（如电源负极）的电压降，而共模电压可能会干扰这一测量。

举个例子，假设有一个10V的共模电压出现在采样电阻的两端，而实际的电压降只有1V（这代表电流的大小）。如果采样电路没有正确处理这个共模电压，那么它可能会错误地测量出11V的电压降，从而导致电流测量不准确。

基准电压用 3.3V 通过 1:1 电阻分压产生 1.65V，经 TLV2374 组成的电压跟随器输出1.65V 供电路使用。

同相放大器与反相放大器：

采样电阻为10 毫欧，由于本设计中电流双向流动有正有负，MCU不能采样负电压，所以需要一个基准电压1.65V将放大后的负电压抬升至正电压供MCU 采样；

MOS 管驱动器采用 TI 具有独立的高侧和低侧驱动的半桥驱动芯片UCC27211，该芯片内部集成自举二极管，外部需要连接自举电容，采用自举升压的方式驱动高侧MOS管；自举电容选取0.47微法,芯片驱动电流峰值高达4A，最大引导电压直流120V；在PWM信号输入引脚加 10K 的下拉电阻，防止PWM信号输入开路或高阻时MOS误动作；MOS管驱动电阻采用2欧，芯片内部不带有死区功能，为防止上下桥臂通时导通，需要在软件上实现死区功能。

本设计中采用英飞凌型号为NCEP0178AK的MOS 管，耐压达 100V，最大可持续通过 78A电流，最小导通电阻8.5毫欧;而本设计中最高电压为26V,远低于MOS 管耐压；最大峰值电流为12A ，也远低于MOS管最大持续电流。

BUCK电路：

Boost电路：

BUCK-BOOST电源电路基本结构：

一文了解BUCK电路自举电容 - 知乎 (zhihu.com)https://zhuanlan.zhihu.com/p/671684780

作，一段时间按升压方式工作。双向同步整流BUCK-BOOST电路MOS管开关状态主要有如图5所示三种状态。

当MOS管在A、B状态之间切换时，电路工作在降压模式；当MOS管在B、C状态之间切换时，电路工作在升压模式（BC之间切换的时候使输出的波一高一低，类似于BOOST中D电感之后MOS的作用）；当MOS管按照状态A-B-C-B-A的顺序切换时，电路工作在降压-升压模式。如图6所示为电路工作在降压-升压模式时的驱动波形和电感电流波形。