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【RA】瑞萨MCU电源设计+493420A
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简介
基于瑞萨R7FA2E1A72DFL控制器的小功率（24W）、输出电压电流可调的BUCK变换器，内含两份原理图与PCB，分别为BUCK变换器和交互面板。上下两层，长排针叠板设计。
简介：基于瑞萨R7FA2E1A72DFL控制器的小功率（24W）、输出电压电流可调的BUCK变换器，内含两份原理图与PCB，分别为BUCK变换器和交互面板。上下两层，长排针叠板设计。开源协议
：GPL 3.0
创建时间：2022-04-11 20:05:24更新时间：2022-05-05 10:51:31
描述
基于瑞萨R7FA2E1A72DFL控制器的小功率（24W）、输出电压电流可调的BUCK变换器
- 本设计为电压电流均可控的小功率降压变换器（24W）
- 采用瑞萨R7FA2E1A72DFL控制器设计，使用了PWM、ADC、SPI、GPIO四种外设
- 控制方案：对输出电流与输出电压进行ADC采样，进行双环PI控制，电压环为外环、电流环为内环
- 交互面板：模仿优利德可调电源设计，两个旋转编码器分别调节输出电压和输出电流，四个静音按键其中三个用来快捷切换输出参数、一个用于输出使能，以及一个输出使能指示灯。
图1 瑞萨mcu的io设置示意图
图2 交互面板正面
图3 交互面板背面
图4 buck变换器正面
图5 buck变换器背面
设计时的注意事项：
buck变换器的主要设计参数为滤波电感和输出滤波电容。
CCM工作模式下的滤波电感计算公式如下，
式中，Vin、Vo为输入、输出电压，T为开关周期，Io为额定输出电流，0.2表示电感电流纹波系数
CCM工作模式下的输出滤波电容计算公式如下，
式中，ΔU表示期望的纹波电压值，T为开关周期，Io为额定输出电流，0.2表示电感电流纹波系数，分母中的8为化简而来，无特殊含义
MOS管选型的几个关键参数：Qg、Coss、Vds。
Qg为栅极等效电容，MOS管的这一特性决定了栅极驱动电路中自举电容的取值；
Coss为等效输出电容，MOS管的这一特性决定了PWM死区的取值；
Vds为漏源耐压值，考虑到寄生电感的存在，Vds的选取应留出一定的裕量；
其它还要校核MOS管的通态电阻，热阻，功率耗散等。
若要用到MOS管的体二极管，还要注意其体二极管的相关参数。
其它碎碎念：
本设计采用12V的电源适配器供电，栅极驱动器供电直接取自输入电压，若需提高输入电压等级，请为栅极驱动器提供12V的供电。
本设计的电压采样电路和电流采样电路中均预置了有源的RC滤波电路，若adc采样的波形毛刺较多，可添加一定频率的低通滤波，一般为16kHz，电阻取10kΩ，电容取1nF。
本设计低侧采用MOS管代替整流二极管，设置合理的PWM死区时间，可实现下管的ZVS开通，提高效率。
本设计中，输入滤波电容贴近MOS管的漏极放置，以减小寄生电感。
本设计中，滤波电感靠近半桥中点放置，减小功率节点的铜皮面积，以降低天线效应。
本设计中，隔离了数字地和功率地，仅做单点连接以进行栅极驱动和信号采样。
图6 上管开通时的电流回路
图7 下管开通时的电流回路
图8 会发生突变的电流回路（PCB layout需额外注意）
图6、7、8引用自：PCB Layout Techniques of Buck Converter【https://fscdn.rohm.com/en/products/databook/applinote/ic/power/switching_regulator/converter_pcb_layout_appli-e.pdf】
烧录程序时，芯片进入SCI串口下载模式的操作方法：
拉低RST引脚，拉低BOOT引脚，拉高RST引脚，拉高BOOT引脚。
另外注意安装瑞萨的flash programmer工具时，用管理员方式打开，不然会报错。
程序编写参考本工程附件中的【RA2E1RA2L1入门指南】。
设计图
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