SCT2650STER,可以实现低成本升降压
市面上主流的中高压升降压拓扑方案有四开关管升降压控制芯片、SEPIC/反激控制芯片等。实际上四开关管升降压芯片成本很高,而SEPIC/反激控制芯片设计复杂。
如果仅需要升降压功能,功率较小,不需要隔离时,本篇解决方案将以SCT2650为例,介绍一个成本适宜、设计简单的升降压方案,来满足更多应用场景使用。
一个简单的升压解决方案原理
SCT2650是一个4.5V-60V输入持续5a输出的Buck芯片,集成了80mΩ Rdson高侧功率MOSFET。芯片采用峰值电流模式控制,输出电压可调节,具有优秀的线路和负载瞬态响应,简化了外部回路补偿设计。
图1中的Buck-Boost级联拓扑图,通过Buck与Boost相结合,两个功率电路级联的方式来实现升降压工作。不过在Buck输出端与Boost输入端电容电感形成了一个三阶滤波器,在保证电压增益不变的情况下,可以使用低阶滤波器代替三阶滤波器,所以在原来的基础上,我们可以得到一个更为简化的Buck-Boost级联拓扑。
图2为简化版升降压级联拓扑原理图,同时也是SCT2650实现Buck-Boost的实际拓扑方案。在原先Buck拓扑基础上增加Q2,D2作为补充实现升降压工作器件,将单纯的Buck拓扑变为了Buck-Boost级联单电感升降压解决方案,而Q2控制信号来自于SCT2650的SW1信号。
该电路控制方法较为简单,在T0-T1时刻,Q1,Q2导通,SW1高电平为Vin电压,给电感储存能量,输出电容放电给负载供电。在T1-T2时期,D1,D2导通,SW2高电平为Vout电压,电感电流不能突变,通过D1,D2给输出电容及负载供电,输出电压关系推导如下:
由伏秒平衡得
即
可得到该该拓扑输入输出电压关系为
当占空比发生变化时,此方案可以实现正向升降压功能。
高输入电压条件下保护栅极
实际应用场景中,由于SCT2650有非常宽的工作电压范围,SW1信号作为Q2的控制信号时,就会存在SW1高电平较高的情况。Q2的栅极驱动电压一般最大在20V左右,这就有可能导致损坏Q2的栅极。基于这个隐患,我们对Q2的驱动电路部分进行进一步设计。
通过一个Q3和稳压管形成简单的稳压电路,使Q2的驱动电压最高被稳压二极管稳定在9.1V以内,从而起到保护Q2的一个作用。
总结一下,用Buck-Boost级联来实现升降压的优劣势如下:
三、推荐应用条件
设计注意要点
1
电感饱和电流需考虑Buck-Boost拓扑结构,结合对电感的感值选型。
2
需要快速动态响应时建议comp参数为:对地阻容建议68K,3.3nf,并联对地电容为330pf。
3
输入输出电容选型需考虑Buck-Boost拓扑结构,来满足输出纹波需求。
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