STM32G474逐波限流保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

前言

在電源設(shè)計中經(jīng)常會使用逐波限流保護(hù)來保證電流不超過限定的最大值，若在短時內(nèi)多次觸發(fā)逐波限流保護(hù)則強(qiáng)制封鎖 PWM 輸出，讓系統(tǒng)進(jìn)入故障保護(hù)狀態(tài)，在這個過程中需要對逐波限流觸發(fā)次數(shù)進(jìn)行計數(shù)，以此來判斷是否進(jìn)入故障保護(hù)，本文針對該功能，基于 STM32G474 高精度定時器，介紹如何實(shí)現(xiàn)逐波限流保護(hù)以及保護(hù)次數(shù)計數(shù)。

逐波限流原理介紹

所謂逐波限流指在電源工作過程中，對電感電流或是功率管導(dǎo)通電流進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，一旦超出設(shè)定范圍，則在該 PWM 周期內(nèi)立即關(guān)閉相關(guān)的 PWM 驅(qū)動，直到下個 PWM 周期再自動使能PWM 驅(qū)動，若電流信號一直超限，則一直封鎖 PWM，直到電流恢復(fù)正常的下一個新的 PWM 周期后，才能重新使能 PWM 輸出。工作過程示意圖如下圖所示，OCP 表示過流保護(hù)，高電平表示電流超限。

STM32G474 逐波限流保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

STM32G474 的高精度定時器除了能產(chǎn)生高精度的 PWM 波外，還包含了外部事件管理器，能對多達(dá) 10 個外部事件進(jìn)行處理?？梢栽O(shè)置外部事件的觸發(fā)源、觸發(fā)方式(沿觸發(fā)或是電平觸發(fā))、相應(yīng)方式(同步或是異步)以及事件的濾波方式。外部事件的一個最重要的作用就是用來對輸出的PWM 進(jìn)行控制，觸發(fā) PWM 的 Set 與 Reset 動作。

在觸發(fā)源的選擇上，每個外部事件可以從 4 個源中進(jìn)行選擇：

? 外部 pin 腳輸入

?內(nèi)部比較器輸出

? 其他定時器觸發(fā)信號(如 TIM1/2/3_TRGO)

? ADC 看門狗事件(ADCx_ADC1/2/3)

對應(yīng)逐波限流功能，可以選擇外部 pin 腳輸入或是內(nèi)部比較器輸出，推薦的方式為內(nèi)部比較器輸出。外部電流采樣信號直接輸入到片上比較器(COMPx_INP)，比較器的輸出結(jié)果作為外部事件觸發(fā)源。

基于以上的介紹，利用 CubeMx 工具進(jìn)行相應(yīng)的配置來說明整個功能的實(shí)現(xiàn)過程，以高精度定時器中的 Timer A 為例，主要介紹外部事件與逐波限流保護(hù)的配置，其他的配置不再贅述。外部事件的配置如下，觸發(fā)源為內(nèi)部比較器 2 的輸出，高電平有效。

為了使用內(nèi)部比較器，必須對內(nèi)部對應(yīng)的比較器進(jìn)行配置，一般選擇 DAC 的輸出作為比較器的參考，所以還需要對 DAC 進(jìn)行配置。比較器的配置如下，設(shè)置回差，減少比較器輸出抖動。

DAC 的配置如下(如果選擇 VREFINT 或是COMPx_INM 則無需配置 DAC)：

PWM 輸出的配置如下，PWM 的 Reset 除了比較事件外，添加外部事件源。

基于以上的配置，在生成的工程代碼中添加必要的外設(shè)啟動函數(shù)即可，如下：

通過示波器查看波形，黃色表示輸出 PWM 驅(qū)動；綠色內(nèi)部比較器輸出信號，輸出為高時表示限流保護(hù)，觸發(fā)封波，輸出為低則 PWM 可正常輸出。

逐波限流觸發(fā)次數(shù)計數(shù)的實(shí)現(xiàn)

很多應(yīng)用中不但需要實(shí)現(xiàn)逐波限流，還需要對某段時間內(nèi)觸發(fā)逐波限流的次數(shù)進(jìn)行計數(shù)，以此來判斷系統(tǒng)是否出現(xiàn)短路或是過載，然后決定系統(tǒng)是否進(jìn)入永久保護(hù)狀態(tài)，除非軟件再次使能輸出。

在高精度定時器中，外部事件不但可以用來觸發(fā) PWM 動作，它還可以被定時器內(nèi)部的捕獲單元捕獲，所以可以通過讀取捕獲標(biāo)志位來判定外部事件是否發(fā)生并進(jìn)行計數(shù)；另外如本文采用了內(nèi)部比較器的輸出作為外部事件的觸發(fā)源，可以通過直接讀取比較器的比較中斷標(biāo)識或是輸出狀態(tài)的方式來判定外部事件是否發(fā)生并進(jìn)行計數(shù)。

下面以讀取捕獲標(biāo)識為例說明如何實(shí)現(xiàn)該功能，該方法更加通用。在 CubeMx 中配置高精度定時器的 Capture 功能，如下：

在軟件中添加如下的代碼，假如判斷周期為 1 秒，本文給出偽代碼的形式，具體代碼需根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用進(jìn)行修改。

小結(jié)

本文對逐波限流的原理進(jìn)行了簡單介紹，給出了如何利用 STM32G474 系列 MCU 的高精度定時器中的相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)逐波限流以及逐波限流計數(shù)的方案。

審核編輯 ：李倩