FastBond4挑战部分-基于BOOST拓扑的电感电流恒流控制系统

内容介绍

写在前面

1、上传的电路图与PCB是导入到KICAD的，如果发现错误欢迎告知。

2、这是第一版的原理图与PCB，第二版还没画好。

3、已经调试成功，达到实验目的。我会在文中说明调试过程中硬件电路哪些地方做了修改。

4、电源调试有风险，建议不要模仿。

一、所选主题和项目介绍

选的主题是电源。

本项目旨在设计并实现一套基于BOOST拓扑的电感电流恒流控制系统，核心目标是解决交流输入场景下的稳定恒流控制问题，同时兼顾系统可靠性、控制精度与实用性，适配电子负载测试等相关应用需求。可以输入10V-296V的交流电压，通过控制MOSFET开关，实现电感电流变成与整流后电压同相位的馒头波，且幅值可调，我调试的时候最多峰值电流到5A。

二、简短的使用到的所有硬件介绍

1、0ZRP0110FF1E 保险丝

在得捷购买所得，类型是PTC自恢复保险丝，电压最大值60V，电流保持（最大值）1.1A，电流跳断2.2A。

2、主控芯片-STM32F405RGT6

带DSP和FPU的高性能基础系列ARM Cortex-M4 MCU，具有1 MB Flash、168MHz CPU和ART加速器。

3、SiC材质的MOSFET-IMZA120R040M1HXKSA1

示意图

4、隔离运放-AMC1311BDWVR

简化版原理图

5、比较器MS8923

MS8923是一款差分输入、高速、低功耗比较器，具有互补TTL输出。其传输延时在10ns左右，输入共模范围可以到负轨。MS8923在线性区可以保持输出稳定特性，单电源供电是 +5.0V，双电源供电是 ±5V。MS8923采用了SOP8封装。

6、电源模块-B1203S-2WR3、QA123C-1803R3、B1205S-3WR2

易川的隔离电源模块，分别是12转3.3，12转18、-3，12转5。

用到的器件太多了，列举了一些重要器件，其余器件不一一列举了。

三、方案框图和项目设计思路介绍

方案框图

本项目设计基于 BOOST 拓扑结构，实现交流输入下的电感电流恒流控制。系统首先将工频交流电经二极管整流电路转换为单向脉动直流电压，形成典型的馒头波母线电压；随后通过 BOOST 功率回路完成能量传输与升压，输出侧接电子负载以恒定电压模式工作。控制策略采用单电流环架构，通过采样电阻实时采集电感电流信号，经滤波调理后与预设的馒头波电流给定值进行比较，生成不同占空比的 PWM 输出，进而驱动 MOSFET 开关管工作。整个系统以恒定开关频率运行，通过调节使电感电流严格跟踪给定波形，实现稳定的恒流特性。该方案结构简洁、控制逻辑清晰，能够在宽输入波动范围内实现稳定可靠的电流控制，适用于交流输入、输出电压由负载决定的恒流应用场景。

四、原理图和PCB展示及介绍（打了几版、重打原因等等都可以介绍）

原理图

功率电路

MCU部分电路

整个电路分为主功率电路，MOSFET驱动电路，辅助电源，采样电路，MCU控制电路5个部分。

这个电路的特点就是PWM波是外部比较器输出产生的，不是由MCU内部运算产生的不同占空比PWM波。

MCU的作用是采样然后输出给定波形与幅值，驱动继电器，保护MOSFET，串口通信。

与传统的PFC电路不同，这里使用多个不同电源，目的是为了隔离，这里其实不够完善，没有做到相互之间完全隔离，增加了BOM成本，但是更安全。

采样电路使用运放可以使电压更加稳定。

功率电路由有热敏电阻和压敏电阻，起到缓启动和防止冲击的作用，软件上由Relay信号控制继电器将热敏电阻短路出去。

需要修改的地方：MCU复位电路上拉10K欧姆电阻，下接105电容到地。DAC输出的滤波电容改为10K欧姆电阻。驱动电路的加法电路部分，去掉上下分压电阻，直接接地。第一路采样的位置，改在二极管后；第二路的AMC1311改供电为5V/GND_5V，采样电阻改为1K/1K/2K，采样位置改为电流传感器输出；第三路采样电阻3.3K改为2K；

原理图

PCB尺寸是11*11，再画紧凑一些可以缩小到10*10，可以用各个厂商的免费券打板。

需要飞线修改的主要是采样部分和输出电容大小，第一版已经飞线把所有问题解决，第二版正在画，打出来后直接烧录程序就可以用了。

实物飞线

五、调试软件、软件流程图和关键代码介绍（若无代码请省略这部分）

写代码和调试用的软件是keil。下图为软件流程图：

_cgi-bin_mmwebwx-bin_webwxgetmsgimg__&MsgID=7908003395274142013&skey=@crypt_f4d93676_30f827784761e213834a0b5ad2a40766&mmweb_appid=wx_webfilehelper.jfif

软件流程图

关键代码：

uint16_t B = 200u;
val_AC=ADC_DataBuffer[0];
 static uint16_t current_peak = 0;
 static uint16_t last_peak    = 1200u;
 
if (val_AC > current_peak) {current_peak = val_AC;}

	//防冲击
	if(val_AC > 250){HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, RELAY_Pin, GPIO_PIN_RESET);}
	
	 if (last_peak > 0) {
        temp = ((uint32_t)val_AC * B) / last_peak;
        /* 防止溢出 */
        if (temp > 2480u) temp = 2480u;
         DAC_Wave[0] = temp;//放入内存，使用DMA输出到DAC
    } else {
         DAC_Wave[0] = 0u;   
    }
    
    
 #define ADC_LOW_TH      80u     
 #define MIN_HUMP_PEAK   160u
#define PEAK_DECAY      92u      

    if (val_AC < ADC_LOW_TH) {
            if (current_peak > MIN_HUMP_PEAK) {
                 if (current_peak > last_peak) {
                last_peak = (uint16_t)(((uint32_t)last_peak * 3u + current_peak * 7u) / 10u);  // 快速上升（7:3）
            } else {
                last_peak = (uint16_t)(((uint32_t)last_peak * PEAK_DECAY + current_peak * (100u - PEAK_DECAY)) / 100u);
            }
            current_peak = 0u;
        }
    }
    
 //直流电压保护，数值可以自己改
		VSum = VSum + val_BUS - (VSum>>2);
    Vbus_Avg = VSum>>2;	
		if(Vbus_Avg>508){ HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, PROTECT_Pin, GPIO_PIN_RESET); }
		if(Vbus_Avg<1933){ HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, PROTECT_Pin, GPIO_PIN_SET); }