中级
30 分钟

使用TPS65131和STM32G431RB解锁平衡电源

从负到正

Boost-INV 2 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Boost-INV 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

拥抱能量的对称性,使用我们的双极性电压转换解决方案。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Boost-INV 2 Click基于德州仪器的TPS65131,这是一款正负输出DC/DC转换器。两个D/A转换器连接到TPS65131的正和负电压反馈回路。正和负回路被馈入内部误差放大器,它们将反馈电压与内部参考值进行比较。它们改变输出开关部分的占空比来补偿差异(误差),从而影响输出电压。将D/A转换器并入反馈回路允许在回路中引入编程的“误差”,从而控制输出电压。TPS65131 IC使用固定频率的PWM信号来切换输出阶段。无论是反相还是升压转换器,内部电流限制约为1950mA。在连续导通模式下运行时,输出电压干净,没有显著的波纹和噪音。在未上电状态下,两个反相和升压转换器级别完全断开连接,不会使电流流经转换器。这样可以防止电池放电,使设备能够使用电池电源,并为各种应用提供分流电源。在反馈回路中使用了两个MCP4291标记的D/A转换器,这是由Microchip提供的带有SPI接口的12位D/A转换器。其中一个DAC连接到MCP6H02运放,配置为反相单位增益放大

器。它反转了DAC信号的极性。反相转换器的反馈电压可以从0V(Vref)变化到-15V。因此,DAC信号通常范围从0到+VREF,需要进行反转。对于升压转换器,没有必要反转DAC,因此其电压上升到+VREF。这些DAC有两个独立的CS引脚(芯片选择),因此两者都可以独立编程。这些芯片选择引脚被路由到mikroBUS™的RST和CS引脚,并标记为负电压控制DAC的CSN和正电压控制DAC的CSP。Boost-INV 2 click上还使用了两个辅助IC。一个IC是ADM8829,一款开关电容电压反转器,为反相运放提供负供电电压。另一个IC是MCP1501,一款高精度缓冲电压参考,DAC所需(4.096 V)。TPS65131转换器IC可以在省电模式下运行。这对于低电流非常有用,因为只要输出电压保持在内部设置的阈值以上,设备就会自动关闭电源。当电压低于此阈值时,转换器会启动产生几个切换脉冲,以恢复负载上的标称电压值,然后再次关闭电源。根据连接的负载,从电感中耗尽电荷将需要更多或更少

的时间。与正常模式不同,正常模式在连续导通模式(CCM)下运行,省电模式允许转换器在CCM和DCM(间断导通)模式之间切换。Click板™的PWM引脚被路由到TPS65131 IC的PSP和PSN引脚上,此引脚上的高逻辑电平将IC置于省电模式。在Click板™上,mikroBUS™的PWM引脚标记为PSM。当TPS65131 IC的ENP和ENN引脚处于低逻辑电平时,设备完全断电,断开了上述负载,并防止电流通过电路的被动元件。这些引脚被路由到mikroBUS™的AN引脚,并标记为EN,允许主MCU控制Click板™的操作。默认情况下,输入电压来自mikroBUS™的+5V电源轨。板载VIN SEL跳线允许在mikroBUS™的+5V或连接到螺钉端子输入的外部电源之间进行选择,标记为VEXT。剩下的两个螺钉端子是负和正电压输出,标记为V-和V+。所有三个螺钉端子共享一个公共GND。

Boost-INV 2 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Chip Enable
PA15
AN
Chip Select (Negative)
PC12
RST
Chip Select (Positive)
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
NC
NC
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
NC
NC
3.3V
Ground
GND
GND
Power Save Mode
PC8
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Boost-INV 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32G431RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU Access MB 1 Micro B Conn - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

此库包含 Boost-INV 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • boostinv2_set_positive_voltage - 设置正输出电压的函数

  • boostinv2_set_negative_voltage - 设置负输出电压的函数

  • boostinv2_generic_transfer - 通用传输函数

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * \file 
 * \brief boostinv2 Click example
 * 
 * # Description
 * First increse positiv voltage by 2V every 3 seconda, then 
 * decrese negative value for -2v every 3 seconds.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes Driver init and enable chip
 * 
 * ## Application Task  
 * Changes the positive and negative output voltage. 
 * Positive output voltage goes from 5V to 15V. 
 * Negative output voltage goes from -5V to -15V
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "boostinv2.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static boostinv2_t boostinv2;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    boostinv2_cfg_t cfg;

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, "---- Application Init ----" );

    //  Click initialization.

    boostinv2_cfg_setup( &cfg );
    BOOSTONV2_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    boostinv2_init( &boostinv2, &cfg );
    
    boostinv2_enable( &boostinv2 );   
}

void application_task ( void )
{
     // Positive output voltage 
     log_printf( &logger, "VOUT = 6V\r\n");
     boostinv2_set_positive_voltage( &boostinv2, BOOSTINV2_POS_VOUT_6V );
     Delay_ms( 3000 );
     log_printf( &logger, "VOUT = 8V\r\n");
     boostinv2_set_positive_voltage( &boostinv2, BOOSTINV2_POS_VOUT_8V );
     Delay_ms( 3000 );
     log_printf( &logger, "VOUT = 12V\r\n");
     boostinv2_set_positive_voltage( &boostinv2, BOOSTINV2_POS_VOUT_12V );
     Delay_ms( 3000 );
     log_printf( &logger, "VOUT = 14V\r\n");
     boostinv2_set_positive_voltage( &boostinv2, BOOSTINV2_POS_VOUT_14V );
     Delay_ms( 3000 );
     log_printf( &logger, "VOUT = 12V\r\n");
     boostinv2_set_positive_voltage( &boostinv2, BOOSTINV2_POS_VOUT_12V );
     Delay_ms( 3000 );
     log_printf( &logger, "VOUT = 8V\r\n");
     boostinv2_set_positive_voltage( &boostinv2, BOOSTINV2_POS_VOUT_8V );
     Delay_ms( 3000 );
     
     // Negative output voltage 
     
     log_printf( &logger, "VOUT = -5V\r\n");
     boostinv2_set_negative_voltage( &boostinv2, BOOSTINV2_NEG_VOUT_5V );
     Delay_ms( 3000 );
     log_printf( &logger, "VOUT = -7V\r\n");
     boostinv2_set_negative_voltage( &boostinv2, BOOSTINV2_NEG_VOUT_7V );
     Delay_ms( 3000 );
     log_printf( &logger, "VOUT = -13V\r\n");
     boostinv2_set_negative_voltage( &boostinv2, BOOSTINV2_NEG_VOUT_13V );
     Delay_ms( 3000 );
     log_printf( &logger, "VOUT = -7V\r\n");
     boostinv2_set_negative_voltage( &boostinv2, BOOSTINV2_NEG_VOUT_7V );
     Delay_ms( 3000 );
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}


// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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