摘 要： 以Linear公司的LT8705為控制核心,，針對(duì)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(dòng)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(shí),，對(duì)電路中的關(guān)鍵電路參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模塊電源實(shí)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(mén)方向[1-2],。然而,，國(guó)內(nèi)的模塊電源市場(chǎng)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(kāi)發(fā)，而對(duì)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(chǎng)合,。同時(shí),，在常見(jiàn)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(chǎng)合,，導(dǎo)致了模塊電源效率偏低,。
針對(duì)上述問(wèn)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(diǎn)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(jiǎn)單,、成本低,、高效率等優(yōu)點(diǎn)，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(chǎng)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(dòng)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(kāi)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(cè)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(gè)MOSFET開(kāi)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(kāi)關(guān)管,，Q2和Q4為同步整流開(kāi)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(shí),，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(bǔ)導(dǎo)通,；（2）當(dāng)Ui小于Uo時(shí)，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(bǔ)導(dǎo)通；（3）當(dāng)Ui接近于Uo時(shí),，電路工作于降壓-升壓模式。開(kāi)關(guān)組合（Q1,、Q2）與（Q3,、Q4）按照先后時(shí)序?qū)ɑ蜿P(guān)斷。
1.2 驅(qū)動(dòng)電路
LT8705的34腳供電時(shí),，芯片35腳為一個(gè)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(dòng),。
當(dāng)DC-DC電路工作于buck-boost模式，Q1關(guān)斷時(shí),，15腳電壓通過(guò)D1對(duì)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(dòng)Q1導(dǎo)通,。同理，Q4的驅(qū)動(dòng)工作過(guò)程相同,。當(dāng)DC-DC電路工作于buck模式時(shí),，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(shí),，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(cè)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(cè)電流）處于正常工作時(shí),，LT8705的25、26,、28,、27腳均拉低為零電位，此時(shí),，通過(guò)設(shè)定R12,、R11、R14,、R13的值,，使得流過(guò)D6、D5,、D8,、D7的電流為5 mA，點(diǎn)亮二極管,。因此,，可以通過(guò)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(jì)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(shí),，C18上的電壓UC18則會(huì)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(shí),，輸入電流達(dá)到設(shè)計(jì)的過(guò)流保護(hù)值，LT8705關(guān)斷Q1~Q4驅(qū)動(dòng)的電壓輸出,，從而在輸入電流過(guò)流時(shí)保護(hù)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(shí)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(jí)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(gè)范圍時(shí),，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(jì)算了該模塊電源的關(guān)鍵參數(shù),，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明該模塊電源能夠高效率地實(shí)現(xiàn)寬范圍直流輸入,，直流穩(wěn)壓輸出的功能。
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