韓旭同 (意法半導體)-STM32構建數字電源新方案.pdf

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1、STM32構建數字電源新方案韓旭同 Terry Han意法半導體 中國區通用微控制器市場部門STM32 MCU and MPU 產品矩陣高性能MCUs超低功耗MCUs無線MCUs主流MCUs射頻協處理器STM32H7Up to 3224 CoreMarkUp to 550 MHz Cortex-M7240 MHz Cortex-M42STM32F2Up to 398 CoreMark120 MHz Cortex-M3STM32F4Up to 608 CoreMark180 MHz Cortex-M4STM32F71082 CoreMark216 MHz Cortex-M7STM32F0106

2、CoreMark48 MHz Cortex-M0STM32G0142 CoreMark64 MHz Cortex-M0+STM32F1177 CoreMark72 MHz Cortex-M3STM32F3245 CoreMark72 MHz Cortex-M4STM32G4569 CoreMark170 MHz Cortex-M4STM32L075 CoreMark32 MHz Cortex-M0+STM32L193 CoreMark32 MHz Cortex-M3STM32L4273 CoreMark80 MHz Cortex-M4STM32L4+409 CoreMark120 MHz Co

3、rtex-M4STM32L5443 CoreMark110 MHz Cortex-M33STM32U5651 CoreMark160 MHz Cortex-M33STM32WL162 CoreMark48 MHz Cortex-M448 MHz Cortex-M0+STM32WB216 CoreMark64 MHz Cortex-M432 MHz Cortex-M0+MPU主推產品Mixed-signal MCUsSTM32C0114 CoreMark48MHz Cortex M0+More than 60,000 customers Over 10 billion STM32 shipped

4、 since 2007STM32WBA407 CoreMark100 MHz Cortex-M33BlueNRG64 MHz Cortex-M0+STM32MP1Up to 1 GHz Cortex-A7209 MHz Cortex-M4數字電源對主控的需求數字電源需求高速運算能力從單一模塊到系統集成先進的內核，超高的主頻、高執行效率和數學加速器采集精度高且快，控制精度高響應快高精度多個獨立ADC及多通道高精度PWM和靈活的輸出配置多樣通訊多種通訊接口（UART、I2C及CAN總線）高可靠性安全加密機制運行狀態實時監測耐受惡劣高溫125環境3STM32平臺化應用4STM32F334數字電源存儲

5、Pin Count512KB32KB128-pin32-pin高精度PWMSTM32數字電源平臺STM32G4742MB217ps184ps2.2nsSTM32H743STM32G474ADC+MCU(170MHz)+PWMSTM32H743ADC+MCU(480MHz)+PWM數字電源核心逆變方案5電能產生能量存儲電能使用基站電源服務器電源儲能系統光伏逆變PCS(Power Conversion System)STM32G474 High Performance 170 MHz Cortex-M4 Three accelerators High Resolution(HRTIM)184ps

6、Flexible PWM generationAdvanced ADC 5x 12-bit 4MSPS Up to 42 ADC channels STM32G4產品一覽表參數STM32G474高精度PWM型STM32G473性能型STM32G491入門型STM32G431入門型內核,主頻Arm Cortex-M4,170 MHzFlash(max)512 Kbytes(2x256KB dual bank)512 Kbytes single bank128 Kbytessingle bankRAM(up to)96 Kbytes22 KbytesCCM-SRAM32 Kbytes16Kbyte

7、s10 Kbytes12-bit ADC SAR5x 12-bit 4 MSPS3x 12-bit 4 MSPS2x 12-bit 4 MSPS比較器7x(17納秒)4x(17納秒)運放 1%精度64312-bit DAC74USB FS Device1CAN-FD3x2x1x高級電機控制定時器3x(170 MHz)2x(170 MHz)12 通道 高精度定時器1x(184ps)-溫度范圍-40 to 85/-40 to 125引腳數48 to 12832 to 100STM32G4 系列 關鍵詞8安全在線升級功能安全設計包功能安全與信息安全 雙Bank Flash支持ECC(error co

8、de correction)安全存儲區域 硬件加密 AES-256 SIL,Class-B SRAM支持奇偶校驗性能 Arm Cortex-M4 at 170 MHz 213 DMIPS and 550 CoreMark results 優化動態功耗(163A/MHz)ART Accelerator(動態緩存)數學運算加速器（三角函數+數字濾波）CCM-SRAM Routine Booster(靜態緩存)豐富的內置數模外設 運放(內置增益),DACs,比較器 12-bit ADCs 4Msps（硬件過采樣 16bit）CAN-FD(up to 8Msps bit rate)高精度定時器 V2(

9、184皮秒)USB type-C Power Delivery3.0 1%精度內置RC(-590dC),2%(全溫度范圍)完整的產品目錄 補充已有STM32F3系列產品目錄 環境溫度范圍-40dC 至 85 or 125dC 從 32 至 128-pin 從 32KB 至 512KB Flash數學加速器9功能加速與減輕CPU負擔 矢量旋轉(極坐標到平面坐標):Sin,Cos 矢量轉換(平面坐標到極坐標):反正切Atan2,模數Modulus 雙曲正弦Sinh,雙曲余弦Cosh,指數函數Exp 反正切Atan,反雙曲正切Atanh 平方根 常用對數 Ln1.三角函數(Trigo)非常有利于電機

10、控制中所常用的的矢量運算(FOC)精度可達20位 顯著提高數學函數運算效率 比軟件方式計算快5倍，精度高10倍以上，CPU負荷為0%在電機驅動應用實例中，約提高12%控制環路速度通信/服務器電源10InputFilterPFCDC/DCHF INVPowerTransformerDC/DCOutput RectifierOutputFilterSTM32G474STM32G474OptoIsolatorCOMDRV_SCOMDRV_PV/IDRVV/IDRVAC輸入RS485CANDC輸出AC/DC轉換，功率因素矯正DC/DC轉換前級后級高精度定時器高達12路高精度PWM輸出，可支持PFC和后

11、級DC/DC的各種拓撲數學加速器，提升運算效率內置高速ADC、DAC及比較器，輕松完成信號采樣多種通訊接口（UART、I2C及CAN總線）耐受高溫125PFC-STM32G474ArmCortex-M4 Up to 170 MHz32-Kbyte CCM-SRAMFloating Point Unit(FPU)Multiple ADCs(4 Msps)Up to 5Hi-Resolution PWM Timer(184 ps)Comparators and DACs Up to 7UART,SPI,CANand USBCORDIC for trigonometric functions acc

12、elerationFMAC filter mathematical acceleratorConfigurations of MCU key functions on digital PFC Control loop computation(reserved for future use)11Zero wait-state for critical code executionMainly for high frequency(HF)MOSFET control at 70kHzSoftware phase-locked loop(reserved for future use)AC volt

13、age,PFC voltage/current,and hotspot temperature sensing Hardware digital filter(CPU off-load)for loop computationPFC OVP and critical current protectionUART for internal/external communicationDriverSensorCircuitSensorCircuitDriverDriverSensorCircuitUARTZCDCircuitLEDnS1S2S3S4Bulk OKFan PWMHotspotAmbi

14、entPFC Current ControllerPWM ModuleCxCProtectionOCP FunctionBulk OVPProtectionPLL Function(Phase-locked Loop)Brown in/out HandlerInput Metering FunctionFan ControlBulk OKMonitoringLEDPFC Voltage ControllerInrush CurrentControlZero Crossing Detection(ZCD)TemperatureMonitoringUARTCommunicationPFC 框圖Ke

15、y firmware features12Blanking+Soft-start Scheme in PWM for current spike at AC zero crossingHW ZCD+software PLL for reliable AC phase detectionFMAC is used for current loop control to reduce CPU effortLLC-STM32G474ArmCortex-M4 Up to 170 MHz32-Kbyte CCM-SRAMFloating Point Unit(FPU)Multiple ADCs(4 Msp

16、s)Up to 5Hi-Resolution PWM Timer(184 ps)Comparators and DACs Up to 7UART,SPI,CANand USBFMAC filter mathematical acceleratorConfigurations of MCU key functions on digital LLCVoltage loop computation 13Zero wait-state for critical code executionPrimary MOSFET with dead timeSecondary SR MOSFET control

17、with adaptive algorithmBus voltage,output voltage/current,SR Vds and hotspot temperature sensing Hardware digital filter(reserved for future use)Output OVP and primary tank current protectionUART for internal/external communicationLLC框圖14STM32G474Firmware BlockSensorCircuitUART(PC)LEDnBulk OKHotspot

18、AmbientSR PWM ModulePFC monitoringLEDTemperatureMonitoringUARTCommunicationQ3Q4Q1Q2Q7Q8Q5Q6DriverDriverDriverDriverPWM ModuleSensorCircuitSensorCircuitOutput OCPAdaptive SR ControlOutput OVP/UVPInternal UARTCommunicationUART(PFC)SensorCircuitCurrent ProtectionLLC Voltage ControllerBurst mode control

19、 Key firmware featuresDigital adaptive SR control to improve overall efficiencyBurst mode operation is adopted to reduce losses at light loadOn-line coefficient tuning via UARTHRTIMer，不僅僅是高精度而已1512 通道PWM信號輸出，頻率和占空比精度可高達184ps184ps 相當于 5.4GHz 定時器時鐘自帶電壓與溫度補償，保證精度不漂移高精度PWM 7個獨立時鐘計數器（1主+6從），可相互配合生成靈活多樣的P

20、WM波形可靈活配置成 6 組互補輸出的 PWM 對內置信號樞紐 Crossbar，單個 PWM 周期內最多可達 32個 set/reset 觸發源靈活角色可配Master/Slave，更適合多項控制高靈活度PWM6個模擬與數字的錯誤輸入源10個事件輸入源事件響應可配置：計數響應，窗口內連續事件響應等多事件響應可支持任意一種常見拓撲：1x 12 PWM(三項交錯LLC)12x 1 PWM(多項獨立 buck 調光控制器)每一路定時器均有可配置參數DMA，整個HRTIM單元亦有高級DMA功能，可部分或整體更新參數12個獨立輸出通道STM32H7系列延展ArmCortexcoreCortex-M7S

21、TM32H745/755480+240 MHz1027+300 DMIPSRAM 1 MBFlash up to 2 MBCortex-M7&-M4Dual-coreLineValue LineSTM32H747/757480+240 MHz1027+300 DMIPSRAM 1 MBFlash up to 2 MBSTM32H742480 MHz1027 DMIPSRAM 692 KBFlash up to 2 MBSTM32H743/753480 MHz1027 DMIPSRAM 1 MBFlash up to 2 MBSTM32H7A3/B3280 MHz599 DMIPSRAM 1.4

22、 MBFlash up to 2 MBSTM32H750480 MHz1027 DMIPSRAM 1 MBFlash 128 KBSTM32H7B0280 MHz599 DMIPSRAM 1.4 MBFlash 128 KBSTM32H723/733550 MHz1177 DMIPSRAM 564 KBFlash up to 1 MBSTM32H730Q550 MHz1177 DMIPSRAM 564 KBFlash 128 KBSTM32H725/735550 MHz1177 DMIPSRAM 564 KBFlash up to 1 MBSTM32H730550 MHz1177 DMIPSR

23、AM 564 KBFlash 128 KBLDOLDOLDOLDOLDOSMPSSMPSSMPSSMPSLDO16SMPS高性能與高性價比兼備GUISingle-coreLineSTM32H7簡介17STM32H7Cortex-M7Cortex-M4高效的處理能力主頻高達550MHz高達32KB I/D Cache，執行代碼零等待大容量TCM，存放關鍵代碼和數據雙核設計，兼顧高速運算和實時控制多達40路DMA，處理最復雜的數據傳輸信息與功能安全外部存儲在線解密加速器（OTFDEC）哈希硬件加速器，專屬加密技術提供軟體安全安裝和升級服務耐受高溫125數學加速器三角函數計算數字濾波加速器使用DMA

24、方式，徹底釋放CPU資源先進的圖像顯示顯示接口:TFT-LCD 和 MIPI-DSI加速器：Chrom-ART、Chrom-GRC 及 MJPEG外存擴展:FMC、SDMMC及O-SPI顯示控制時僅占用CPU極少資源豐富的內部資源18高精度定時器：精度高達2.1ns，10路PWM輸出2個高級定時器，可實現雙電機控制12個通用定時器及5個低功耗定時器多達11個U(S)ART，6個高速 SPI 和5個 I2C多達3個新一代 FD-CAN總線，通訊效率大幅度提升2個USB OTG接口，支持高速和全速傳輸10/100 以太網控制器DCMI 數字攝像頭接口 和 4個 SAI 音頻接口3個16位ADC，采

25、樣速率高達3.6MSPS，共有36通道DFSDM 數字濾波模塊2個DAC、2個模擬比較器和2個運算放大器內置高達2MB雙區的Flash，支持ECC校驗內置高達1.4MB SRAM（多達1MB連續地址空間），支持ECC校驗豐富的存儲外擴接口：32bit FMC，SDMMC及Octo-SPISTM32G4 硬件資源19加速評估,原型設計及產品開發靈活的原型設計 NUCLEO-G431KB NUCLEO-G431RB NUCLEO-G474RE NUCLEO-G491RESTM32 Nucleo64-pin32-pin關鍵性能原型設計 B-G474E-DPOW1 B-G431B-ESC1Discov

26、ery kitsSTM32G4全功能評估 STM32G484E-EVAL STM32G474E-EVALEvaluation boards全功能電機與模擬控制 P-NUCLEO-IHM03Motor Control PackSTM32H7 硬件開發平臺快速上手Flexible prototypingNUCLEO-H7A3ZI-QNUCLEO-H743ZI2NUCLEO-H723ZGNUCLEO-H745ZI-QNUCLEO-H755ZI-QSTM32 NucleoKey feature prototypingSTM32H7B3I-DKSTM32H735G-DKSTM32H750B-DKSTM3

27、2H745I-DISCOSTM32H747I-DISCODiscovery kitsFull feature STM32H7 evaluationSTM32H7B3I-EVALSTM32H743I-EVAL2STM32H757I-EVALSTM32H747I-EVALSTM32H753I-EVAL2Evaluation boards20雙核雙核STM32 軟件工具21STM32CubeMX 配置及初始化代碼生成 解決資源配置沖突靈活的方案 第三方 IDE,如 IAR、Keil 免費的基于Eclipse的官方IDESTM32CubeIDE*STM32CubeProgrammer Flash 和/

28、或 系統存儲 讀寫 支持 GUI 或 命令行 界面完整支持Arm Cortex-M 開發生態STM32CubeMXIDEsCompile and DebugSTM32 Programming ToolSTM32 本地化資源,提供海量信息22STM32微信訂閱號STM32微信服務號大學計劃聯絡郵箱:STM32視頻號線上課程平臺ST 中文論壇STM32 中文官網www.STMCUST Community 全球論壇https:/ MPUs Wiki 頁面 MCUs Wiki 頁面 官網www.ST.comSTM32單片機技術培訓報名網頁： GitHub頁面： 21ic論壇http:/ STMicro

29、electronics-All rights reserved.ST logo is a trademark or a registered trademark of STMicroelectronics International NV or its affiliates in the EU and/or other countries.For additional information about ST trademarks,please refer to other product or service names are the property of their respective owners.Find out more at