【应用】芯洲科技推出基于Buck芯片 SCT2650的中高压升降压方案,持续5A输出,设计简单且成本适宜

2023-04-22 SCT芯洲科技公众号
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目前在工业控制系统、新能源储能系统及许多电子设备中,为了适应多样的电压范围,提高能量使用效率,许多应用场景都需要中高压升降压方案来实现。


比如,工业交换机在标准POE供电时常用48V降压场景,为了保证稳定的供电,在使用非POE供电时,辅助电源最低输出可能到9V,这时就需要升压输出12V,因而需要中高压升降压方案。同样,户外便携储能充电应用需要满足太阳能板9V-50V输出12V的应用场景,因而也涉及到升降压的场景。


中高压升降压模块往往设计复杂,成本较高,一定要这么复杂才能满足吗?


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 Buck-Boost级联拓扑图


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 简化版升降压级联拓扑原理图


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。

图3 级联Buck-Boost工作时序图


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:

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。

图4 Q2驱动电路设计


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:


推荐应用条件

以SCT2650为例的升降压方案,推荐应用条件如下:


SW1、SW2波形及输出纹波测试波形

图5 Vin=9V Vout=12V Iout=2A


图6 Vin=12V Vout=12V Iout=2A


图7 Vout=12V 的效率测试


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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芯洲科技SCT2A23助力工业4.0,输入电压可达100V,1500V隔离电源系统解决方案

描述- SCT2A23 Fly-Buck转换器是一个同步降压转换器,其中的电感用耦合电感或反激式变压器所取代,构成类似反激的拓扑,实现原副边隔离据不同的变压器选型,可实现单路或多路隔离输出;如在PLC、数据采集以及测量设备应用中,该隔离边界可提供较好的抗噪功能,典型应用如隔离式RS-232 和RS-485 通信通道、线路驱动器、隔离式放大器、传感器以及CAN 收发器;在伺服等领域可为IGBT提供隔离栅极驱动电源、医疗应用中提供隔离确保安全性。

型号- SCT2A11,SCT2A10,SCT2280,SCT2360,SCT2230,SCT2A23A,SCT2431,SCT2632,SCT2433,SCT2480Q,SCT22C0,SCT2460Q,SCT9339,SCT2221,SCT2220,SCT2421,SCT2420,SCT9336,SCT2620,SCT2422,SCT9338,SCT2622,SCT2452Q,SCT2432Q,SCT2630A,SCT9331,SCT9332,SCT2630C,SCT2610A,SCT9330,SCT2251,SCT2650,SCT2331,SCT2451,SCT2330,SCT2330C,SCT2850,SCT2410,SCT9325,SCT2332,SCT2610,SCT2851,SCT2612,SCT2A20,SCT2220T,SCT2A22,SCT2A21,SCT2450Q,SCT2A23,SCT2A26,SCT2A25,SCT9320,SCT2A27,SCT9321,SCT2250,SCT2241,SCT2450C,SCT2361,SCT2240,SCT2260A,SCT2320,SCT2220H,SCT2321,SCT2400,SCT2323,SCT2260C,SCT2601,SCT2600,SCT2325,SCT2449,SCT2448,SCT2430Q

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【经验】如何使用通用的Buck芯片直接生成负压的解决方案?

本文将介绍一种使用通用的Buck芯片直接生成负压的解决方案,简单易用,且目前通用的Buck芯片负载能力可达几十安培、输入电压范围已覆盖几伏至上百伏,应用覆盖范围广。采用通用的buck降压转换器实现负压输出,设计简单易用,综合成本、性能、体积在负压应用场景中的性价比较高。

设计经验    发布时间 : 2023-08-18

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