目前在工業(yè)控制系統(tǒng)、新能源儲(chǔ)能系統(tǒng)及許多電子設(shè)備中，為了適應(yīng)多樣的電壓范圍，提高能量使用效率，許多應(yīng)用場(chǎng)景都需要中高壓升降壓方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。

比如，工業(yè)交換機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)POE 供電時(shí)常用48V降壓場(chǎng)景，為了保證穩(wěn)定的供電，在使用非POE供電時(shí)，輔助電源最低輸出可能到9V，這時(shí)就需要升壓輸出12V，因而需要中高壓升降壓方案。同樣，戶外便攜儲(chǔ)能充電應(yīng)用需要滿足太陽(yáng)能板9V-50V輸出12V的應(yīng)用場(chǎng)景，因而也涉及到升降壓的場(chǎng)景。

中高壓升降壓模塊往往設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本較高，一定要這么復(fù)雜才能滿足嗎？

市面上主流的中高壓升降壓拓?fù)浞桨赣兴拈_(kāi)關(guān)管升降壓控制芯片、SEPIC/反激控制芯片等。實(shí)際上四開(kāi)關(guān)管升降壓芯片成本很高，而SEPIC/反激控制芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜。

如果僅需要升降壓功能，功率較小，不需要隔離時(shí)，本篇解決方案將以SCT2650為例，介紹一個(gè)成本適宜、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的升降壓方案，來(lái)滿足更多應(yīng)用場(chǎng)景使用。

一個(gè)簡(jiǎn)單的升壓解決方案原理

SCT2650是一個(gè)4.5V-60V輸入持續(xù)5a輸出的Buck芯片，集成了80mΩ Rdson高側(cè)功率MOSFET。芯片采用峰值電流模式控制，輸出電壓可調(diào)節(jié)，具有優(yōu)秀的線路和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，簡(jiǎn)化了外部回路補(bǔ)償設(shè)計(jì)。

圖1 Buck-Boost級(jí)聯(lián)拓?fù)鋱D

圖1中的Buck-Boost級(jí)聯(lián)拓?fù)鋱D，通過(guò)Buck與Boost相結(jié)合，兩個(gè)功率電路級(jí)聯(lián)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)升降壓工作。不過(guò)在Buck輸出端與Boost輸入端電容電感形成了一個(gè)三階濾波器，在保證電壓增益不變的情況下，可以使用低階濾波器代替三階濾波器 ，所以在原來(lái)的基礎(chǔ)上，我們可以得到一個(gè)更為 簡(jiǎn)化的Buck-Boost級(jí)聯(lián)拓?fù)?。

圖2為簡(jiǎn)化版升降壓級(jí)聯(lián)拓?fù)湓韴D，同時(shí)也是SCT2650實(shí)現(xiàn)Buck-Boost的實(shí)際拓?fù)浞桨?。在原先Buck拓?fù)浠A(chǔ)上 增加Q2,D2作為補(bǔ)充實(shí)現(xiàn)升降壓工作器件 ，將單純的Buck拓?fù)渥優(yōu)榱薆uck-Boost級(jí)聯(lián)單電感升降壓解決方案，而Q2控制信號(hào)來(lái)自于SCT2650的SW1信號(hào)。

圖3級(jí)聯(lián)Buck-Boost工作時(shí)序圖

該電路控制方法較為簡(jiǎn)單，在T0-T1時(shí)刻，Q1,Q2導(dǎo)通，SW1高電平為Vin電壓，給電感儲(chǔ)存能量，輸出電容放電給負(fù)載供電。在T1-T2時(shí)期，D1,D2導(dǎo)通，SW2高電平為Vout電壓，電感電流不能突變，通過(guò)D1,D2給輸出電容及負(fù)載供電，輸出電壓關(guān)系推導(dǎo)如下：

由伏秒平衡得

即

可得到該該拓?fù)漭斎胼敵鲭妷宏P(guān)系為

當(dāng)占空比發(fā)生變化時(shí)，此方案可以實(shí)現(xiàn)正向升降壓功能。

高輸入電壓條件下保護(hù)柵極

實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，由于SCT2650有非常寬的工作電壓范圍，SW1信號(hào)作為Q2的控制信號(hào)時(shí)，就會(huì)存在SW1高電平較高的情況。Q2的柵極驅(qū)動(dòng)電壓一般最大在20V左右，這就有可能導(dǎo)致?lián)p壞Q2的柵極。基于這個(gè)隱患，我們對(duì)Q2的驅(qū)動(dòng)電路部分進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)。

圖4 Q2驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

通過(guò)一個(gè)Q3和穩(wěn)壓管形成簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路 ，使Q2的驅(qū)動(dòng)電壓最高被穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定在9.1V以內(nèi)，從而起到保護(hù)Q2的一個(gè)作用。

總結(jié)一下，用Buck-Boost級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)升降壓的優(yōu)劣勢(shì)如下：

三、推薦應(yīng)用條件

以SCT2650為例的升降壓方案，推薦應(yīng)用條件如下：

SW1,SW2波形及輸出紋波測(cè)試波形

圖5 Vin=9V Vout=12V Iout=2A

圖6 Vin=12V Vout=12V Iout=2A

圖7 Vout=12V 的效率測(cè)試

Tips

設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)

1電感飽和電流需考慮Buck-Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合對(duì)電感的感值選型。

2需要快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)建議comp參數(shù)為：對(duì)地阻容建議68K，3.3nf，并聯(lián)對(duì)地電容為330pf。

3輸入輸出電容選型需考慮Buck-Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，來(lái)滿足輸出紋波需求。