DC-DC升降压电路的几种个人方案

DC DC 升降压电路的几种解决方案升降压电路的几种解决方案 成都信息工程学院 科技创新实验室 W00DSTOCK 前一段时间 本着学习的态度参加了 TI 杯校赛 做了其中的一个直流升降压的题 作 品没做的很好 但是在准备期间 我对各种可行电路都做了尝试 一些心得拿出来与大家 分享 也望各路大侠对不妥之处不吝赐教 我们在实际应用中 经常会出现系统中各个模块供电不统一 或者供电电源的电压时变 化的 比如汽车中的电池电压受温度影响而变化 在只有一个电源提供供电的时候 同时 可以升压或降压的电路就变得非常有用 下面 来看一下我想到的几种升降压问题的解决 方案 非隔离式开关电源的基本电路一般有三种 Buck 降压电路 Boost 升压电路 Buck boost 极性反转升降压电路 要实现同时升降压功能 首先想到的肯定是 Buck Boost 极性 反转电 电路 图表 1 极性反转电路原理示意 这种拓扑结构的电路能够输出与输入相反的 可以比输入电压更高或者更低的电压 并且 整体的效率也很高 但缺点也很明显 一就是极性相反 当输入电压是正压且要求输出也 是正的时候 我们还要对输出电压进行反向 这就是一件很麻烦的事 但是 有时我们需 要的就是负压的时候 这个缺点又会有一种很大的用处 缺点二就是 这种拓扑结构电路 的电流脉动值很大 输出滤波不好处理 在实际制作中 我选择了用 TI 的 Buck 型降压芯 片 TPS5430 来做开关管以及驱动的部分 更方便控制 简化了电路 还有一个缺点是 这 种电路不方便数控 而且没法直接用 AD 采输出电压 下面这个是我做的一个控制 TPS5430 反馈的电路 图表 2 LM324 做控制电路 常见的来解决这个问题的还有另外一种电路 就是把 boost 电路和 buck 电路 结合起来 但是怎样结合 方法有很多种 第一种 直接拼接 比如输入电压时 5 12V 输出电压要 10V 那么我们就可以使用升 压电路将输入电压统一升到 13V 然后再使用电压可调节的降压电路来提供输出电压 在 做这个方案时 我升压用了 TI 的 TPS61175 输入范围是 3 18V 输出范围是 3 65V 最大 输出电流时 3A 降压同样用了 TPS5430 图表 3 TPS5430 降压电路 图表 4 TPS61175 升压电路 但是这种电路结构最致命的问题就是 效率上不去 因为这种电路对电压做了两级的处理 假设每级的效率都有 90 的话 总体的效率也才 80 而且两个开关芯片开关频率不同 彼此之间的开关噪声影响很大 第二种 是升降压选择法 即先判断输入电压 确定输出电压后判断该升还是该降 在电路输入端和 DC 转换模块之间 使用继电器或场管来做开关 选择电路工作的模式 这种电路容易理解 硬件设计相对比较简单 难在判断控制 另外这种电路存在一个大问 题 当要求输入电压和输出电压相同时 这种电路就无能为力了 第三种拼接的方法 则是这几种方案中 我觉得最好的一种方案 先看一下拓扑图 图表 5 双场管升降压电路 其实这是在第一种拼接方法基础上的改进电路 巧妙合并了 Buck 电路和 Boost 电路 简化 了电路 节省了电路损耗 要降压的时候 关掉第二个场管 使用 PWM 波控制第一个场 管即可 要升压的话 就保持第一个场管完全开启 使用 PWM 波控制第二个场管即可 在使用分离原件去搭 DC 电路的时候 一定得特别重视开关频率的设定 以及与之匹配的 二极管 电感 电容 这种电路做好的话 效率可以在 90 以上 这个电路结构比较简单 就不贴图了 附张光耦驱动的电路吧 第四种方法是第三种的改进版 是使用的集成芯片来完成这个电路 看了许多芯片的资料 最后我选择的是 LM5118 它具有超宽的电压输入范围 3 70V 输出电压范围也在 3 75V 的宽范围 最大输出电流 3A 效率可以做到 95 但是这个芯片比较娇贵 不好调 而且 PWM 输出驱动能力较弱 我选用了官方 PDF 推荐的场管