基于 STM32G0B1 系列 MCU 的全桥移相 + 同步整流 PWM 方案

移相全桥 + 副边同步整流是工业 DC‑DC 电源常用拓扑，原边需要两路带死区互补 PWM，两路之间支持 0‑180° 相位连续可调；副边同步整流管需要跟随原边开关时序生成控制脉冲。STM32G0B1 作为低成本电源专用 MCU，但单一定时器无法同时输出两组可独立移相的互补死区 PWM，也不能直接实现副边 SR 管的时序匹配。

本方案利用 STM32G0B1 定时器内部硬件级联同步机制，通过 TIM1/TIM2/TIM3/TIM4/TIM15 多定时器链式触发，完全依靠片上外设硬件生成整套时序，避免软件中断带来相位抖动。本文还原拓扑时序要求、定时器级联架构、各定时器寄存器配置要点、时序差异说明以及工程落地注意事项。

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1. 拓扑与 PWM 时序需求

1.1 功率拓扑开关定义

• 原边全桥：A (Q1)、B (Q2) 构成左半桥；C (Q3)、D (Q4) 构成右半桥；
• 副边同步整流 SR 管：E (Q6)、F (Q5)。

1.2 硬件时序硬性要求

1. 左半桥 A/B：互补输出，固定 50% 占空比，死区时间 500ns；
2. 右半桥 C/D：互补输出，固定 50% 占空比，死区时间 500ns；
3. 左右两组半桥对角相位差支持0‑180° 连续可调，依靠相位差调节变换器输出电压；
4. SR‑F（Q5）：D (Q4) 导通时打开；B (Q2) 导通时关闭；
5. SR‑E（Q6）：C (Q3) 导通时打开；A (Q1) 导通时关闭。

关键约束：相位调节必须硬件完成，若依靠软件中断修改延时，会受内核中断、调度影响，产生相位抖动，不适合高频开关电源。

2. STM32G0B1 定时器资源与整体级联架构

STM32G0B1 没有定时器可以直接实现两组互补 PWM 直接互相移相，TIM1 无法直接触发 TIM15，需要引入中间定时器做链式中转。

2.1 定时器分工与级联链路

1. TIM1（主 Master）：生成原边左半桥 A/B 互补 PWM；更新事件 UEV 作为全局同步源；同步触发 TIM2、TIM3；
2. TIM3：被 TIM1 UEV 同步；使用 CCR1 产生 OC1 触发事件，用来控制 TIM15 移相；CH2 输出副边 SR‑E 驱动 PWM；
3. TIM15（从 Slave）：由 TIM3 的 OC1 事件触发；生成原边右半桥 C/D 互补 PWM；TIM3‑CCR1 数值决定 TIM1 相对于 TIM15 相位偏移；
4. TIM2：被 TIM1 UEV 同步；CCR1 输出 OC1 触发 TIM4，实现 180° 相位偏移；
5. TIM4：TIM2 OC1 触发；CH2 输出副边 SR‑F 驱动 PWM。

完整链路：

• 原边右半桥链路：TIM1 → TIM3 → TIM15，实现左右半桥相位可调；
• 副边 SR‑F 链路：TIM1 → TIM2 → TIM4，实现 E/F 两路 SR 管 180° 相位差。

输出对应关系：

3. 各定时器关键配置参数

PER 代表定时器周期计数值，PWM 模式均使用 PWM mode1 / PWM mode2，死区由高级定时器 TIM1、TIM15 硬件死区寄存器插入。

TIM1

1. CCR1 = PER / 2，输出 50% 占空比；
2. CH1/CH1N 开启互补输出，硬件死区配置 500ns；
3. 更新事件 UEV 作为 TRGO 输出，用于同步 TIM2、TIM3。

TIM2

1. 从模式，接受 TIM1 同步；
2. CCR1 = PER /2，OC1 事件作为 TRGO 输出，触发 TIM4，实现 180° 移相。

TIM3

1. 从模式，接受 TIM1 同步；
2. CCR1：控制原边左右半桥之间移相角度，由电源控制环路实时计算更新；
3. CCR2 = CCR1 + 死区计数值，用于 SR‑E 导通触发；
4. CH2 配置为 PWM mode2，输出 PWM_E。

TIM4

1. 从模式，接受 TIM2 OC1 事件同步；
2. CCR2 = TIM3_CCR1 + 死区计数值；
3. CH2 配置 PWM mode2，输出 PWM_F。

TIM15

1. 从模式，由 TIM3 OC1 事件触发；
2. CCR1 = PER /2；CH1/CH1N 开启互补输出，硬件死区 500ns。

4. 时序偏差说明

该硬件生成方案，对比理想需求时序存在一处差异：

副边 E、F 同步整流管关断时刻相比理论时序会提前，提前时长等于原边半桥死区时间（500ns）。文档指出该偏差不影响变换器正常工作；如果需要消除该偏差，可以微调 TIM3、TIM4 移相 CCR 寄存器值进行补偿。

全部相位调节只需要运行时修改TIM3‑CCR1寄存器，即可连续修改 0‑180° 移相角，软件无需中断延时，全部由定时器硬件链路完成。

5. 工程落地实施要点

5.1 CubeMX 配置重点

1. TIM1、TIM15 开启互补通道与硬件死区功能，死区时间配置 500ns；
2. 配置定时器从模式触发源：TIM2、TIM3 触发源来自 TIM1 的 UEV；TIM15 触发源来自 TIM3 OC1；TIM4 触发源来自 TIM2 OC1；
3. TIM3_CH2、TIM4_CH2 设置为 PWM mode2；
4. 关闭不需要定时器中断，尽量使用硬件链路，减少 CPU 干预；
5. 移相调节只修改TIM3->CCR1，不要改动 PER 周期，保证开关频率恒定。

5.2 调试验证手段

1. 使用示波器多通道同时抓取 A/B/C/D/E/F 六路波形，核对：
   • 左右半桥 50% 占空比、死区 500ns；
   • 修改 CCR1，对角相位可以平滑 0‑180° 变化；
   • SR 管 E/F 跟随原边开关时序动作；
2. 观察相位是否出现抖动，如果存在抖动，排查是否开启不必要定时器中断。

6. 故障排查清单

1. 现象：TIM1、TIM15 相位无法调节，相位始终对齐
   • 核查 TIM15 触发源是否配置为 TIM3 的 OC1 事件，而不是 TIM1 直接同步；确认 TIM3‑CCR1 可以被环路正常改写。
2. 现象：SR 的 E/F 时序错乱，和原边开关不匹配
   • 核查 TIM2‑TIM4 级联链路；核对 TIM3_CCR2、TIM4_CCR2 的计算公式；确认 PWM mode2 模式配置正确。
3. 现象：半桥上下管无死区，存在直通风险
   • TIM1/TIM15 高级定时器的 BDTR 死区寄存器配置，不能用软件做延时替代硬件死区。
4. 现象：相位存在抖动
   • 尽量避免在中断中频繁启停定时器；移相仅修改 CCR1 比较寄存器，不修改 ARR 周期；全部依靠硬件级联链路。

7. 小结

1. STM32G0B1 单定时器无法直接生成两组独立移相互补 PWM；本方案利用多定时器硬件链式级联，TIM1→TIM3→TIM15实现原边两组半桥 0‑180° 硬件移相；TIM1→TIM2→TIM4产生副边两路同步整流 SR 驱动脉冲，整体几乎不依赖软件中断，相位无抖动。
2. TIM3 的 CCR1 寄存器是移相调节核心，电源环路只需要实时更新该寄存器，就可以连续调整输出电压。
3. 本方案 SR 管关断会提前一个死区时长，属于固有时序差异，不影响变换器运行，可通过 CCR 偏移做补偿。
4. 这套方案基于通用定时器硬件触发链路，具备可移植性，可以迁移到其它拥有定时器从模式级联功能的 STM32 系列 MCU，帮助用低成本 MCU 实现移相全桥 + 同步整流数字电源控制。

8. FAQ

Q：为什么不能直接使用软件延时中断来实现移相？

A：软件方式会受中断抢占、系统调度影响，高频开关电源场景会引入相位抖动，会造成 ZVS 工作点不稳定，优先使用硬件定时器级联。

Q：能否只用 TIM1+TIM15，不使用 TIM2/TIM3/TIM4？

A：TIM1 和 TIM15 没有直接内部触发链路，必须借助中间定时器中转，无法直接级联。

Q：开关频率变化，死区 500ns 如何处理？

A：需要根据开关频率重新配置 TIM1/TIM15 的 BDTR 死区寄存器，同时重新换算 CCR 寄存器计数值。

免责声明：本文全部基于 ST 官方 LAT1694 文档，数字电源产品实际调试需要结合示波器实测波形，以芯片参考手册为准。