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文档简介
1、DC-DC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、
2、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
3、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 TPS543Q图表3 TPS5430降压电路图表
4、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
5、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。光耦驱动电路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SI7148低压差驱动场管。其实我们可以在芯片的HO、LO输出口通过光耦
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