摘 要: 以Linear公司的LT8705為控制核心,,針對寬范圍直流輸入、穩(wěn)壓輸出用電設(shè)備的供電要求,,研制了一款高性能的同步整流buck-boost模塊電源,。該模塊電源集成了DC-DC單元、驅(qū)動電路單元,、電壓及電流環(huán)路工作狀態(tài)反饋單元,、電流控制功能單元,同時,,對電路中的關(guān)鍵電路參數(shù)進行了計算,。實驗結(jié)果表明,該模塊電源實現(xiàn)了預(yù)期功能,,滿足應(yīng)用要求,。
關(guān)鍵詞: LT8705,;同步整流;buck-boost,;DC-DC
具有高功率密度,、高可靠性的模塊電源是當(dāng)前電源產(chǎn)品研發(fā)的熱門方向[1-2]。然而,,國內(nèi)的模塊電源市場主要側(cè)重于降壓型模塊電源及升壓型模塊電源產(chǎn)品的開發(fā),,而對于寬范圍輸入的升降壓buck-boost模塊電源還停留在理論研究[3]方面,且控制難度大[4],,很難滿足工業(yè)中用電設(shè)備的寬范圍輸入供電,、固定電壓輸出的場合。同時,,在常見的DC-DC電源模塊中,,其整流電路采用二極管整流,在大電流輸出場合,,導(dǎo)致了模塊電源效率偏低,。
針對上述問題,本文依托某救援設(shè)備的高效率及寬范圍直流輸入,、直流穩(wěn)壓輸出的技術(shù)要求,,基于LT8705集成控制芯片,研制了一款具有寬范圍輸入及同步整流特點的高性能buck-boost穩(wěn)壓輸出模塊電源,,從而解決了buck-boost模塊電源在工程應(yīng)用上的空白,。本文所研制的電源具有集成度高、控制簡單,、成本低,、高效率等優(yōu)點,可廣泛應(yīng)用于寬范圍直流輸入,、穩(wěn)壓輸出的DC-DC用電場合,。
1 基于LT8705的buck-boost模塊電源工作原理
依據(jù)LT8705的性能特性,本文所研制的高性能同步整流buck-boost模塊電源的電路如圖1所示,。該電路集成了DC-DC主電路單元,、驅(qū)動電路單元、電壓及電流環(huán)路工作狀態(tài)反饋單元,、電流控制功能單元,。圖1中,模塊電源主電路的開關(guān)頻率fosc由LT8705的12引腳的電阻R18確定,,由該控制器的手冊可得,,fosc=43 750/(R18+1)kHz,本文取R18=220 kΩ,,則fosc=198 kHz,。
1.1 DC-DC主電路
DC-DC單元是由4個MOSFET開關(guān)管(Q1~Q4),、電感L、續(xù)流二極管及輸入和輸出濾波電容構(gòu)成的同步整流buck-boost主電路,。其中,Q1和Q3為主控開關(guān)管,,Q2和Q4為同步整流開關(guān)管,。DC-DC單元的工作原理如圖2所示。
從圖2可以看出:(1)當(dāng)輸入電壓Ui大于輸出電壓Uo時,,主電路工作于降壓模式,,Q4一直導(dǎo)通,Q3一直關(guān)斷,,Q1和Q2互補導(dǎo)通,;(2)當(dāng)Ui小于Uo時,電路工作于升壓模式,,Q1一直導(dǎo)通,,Q2一直關(guān)斷,Q3和Q4互補導(dǎo)通,;(3)當(dāng)Ui接近于Uo時,,電路工作于降壓-升壓模式。開關(guān)組合(Q1,、Q2)與(Q3,、Q4)按照先后時序?qū)ɑ蜿P(guān)斷。
1.2 驅(qū)動電路
LT8705的34腳供電時,,芯片35腳為一個恒定的6.4 V電源,。如圖1所示,15腳和35腳電壓相同,。在3種工作模式下,,Q2和Q3導(dǎo)通分別由15腳的電壓經(jīng)14腳、R2或15腳的電壓經(jīng)16腳,、R3驅(qū)動,。
當(dāng)DC-DC電路工作于buck-boost模式,Q1關(guān)斷時,,15腳電壓通過D1對自舉電容C1充電,;當(dāng)D1關(guān)斷后,C1上的電壓經(jīng)23腳,、22腳及電阻R1驅(qū)動Q1導(dǎo)通,。同理,Q4的驅(qū)動工作過程相同,。當(dāng)DC-DC電路工作于buck模式時,,D2一直處于截止?fàn)顟B(tài),,在LT8705的內(nèi)部升壓電容充電控制模塊控制下,輸入電壓Ui經(jīng)32腳后由17腳向C2充電或C1電容電壓經(jīng)23腳后由17腳向C2充電,,以保持Q4一直導(dǎo)通,。當(dāng)DC-DC電路工作于boost模式時,D1一直處于截止?fàn)顟B(tài),,在LT8705的內(nèi)部升壓電容充電控制模塊控制下,,輸出電壓Uo經(jīng)31腳后由23腳向C1充電或C2電容電壓經(jīng)17腳后由23腳向C1充電,以保持Q1一直導(dǎo)通,。
1.3 電壓及電流環(huán)路工作狀態(tài)反饋單元
如圖1所示,,當(dāng)輸入電壓反饋環(huán)路(R5、R6分壓采樣),、輸入電流反饋環(huán)路(RS1檢測電流),、輸出電壓反饋環(huán)路(R9、R10分壓采樣),、輸出電流反饋環(huán)路(RS2檢測電流)處于正常工作時,,LT8705的25、26,、28,、27腳均拉低為零電位,此時,,通過設(shè)定R12,、R11、R14,、R13的值,,使得流過D6、D5,、D8,、D7的電流為5 mA,點亮二極管,。因此,,可以通過發(fā)光二極管的工作狀態(tài),判斷主電路的輸入或輸出回路是否處于正常工作狀態(tài),。
1.4 電流控制功能單元
本文所設(shè)計的電路包括輸入和輸出電流控制功能電路,。其中,輸入電流控制電路如圖3所示,。當(dāng)R17上的電壓UR17>1.208 V時,,C18上的電壓UC18則會降低,從而限制了電感L的電流IL和輸入電流Ii的值。當(dāng)R17上的電壓UR17>1.61 V時,,輸入電流達到設(shè)計的過流保護值,,LT8705關(guān)斷Q1~Q4驅(qū)動的電壓輸出,從而在輸入電流過流時保護了buck-boost電路,。輸出電流控制電路工作原理相同,,故不再敘述。
導(dǎo)通或關(guān)斷的方式,,實現(xiàn)了24 V直流穩(wěn)壓輸出的功能,。
圖9給出了模塊電源在不同的功率等級下,電源的整體效率曲線圖,。從圖中可以看出,在輸入電壓接近于輸出電壓的一個范圍時,,模塊電源的效率低于其他輸入電壓范圍下的電源的效率,。在輸出電流為8 A的條件下,模塊電源的效率為90.1%~93.2%,;在輸出電流為4 A的條件下,,模塊電源的的效率為91.2%~95%。因此,,該模塊電源具有高效率的特性,。
本文采用LT8705作為控制器,研制了一款高性能的同步整流buck-boost模塊電源,,計算了該模塊電源的關(guān)鍵參數(shù),,并通過實驗測試表明該模塊電源能夠高效率地實現(xiàn)寬范圍直流輸入,直流穩(wěn)壓輸出的功能,。
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