基于LTC3780的開關(guān)電源模塊及其在蓄電池中的應(yīng)用

作者：時(shí)間：2012-03-02 來源：網(wǎng)絡(luò)

英飛凌汽車電子生態(tài)圈
- 掃碼關(guān)注
  獲取最新最全汽車電子
  技術(shù)方案與實(shí)用技巧

　中國的蓄電池產(chǎn)量已是世界第一，并且出口到世界各地。但多是在拼價(jià)格，可獲利潤很有限。除了加大產(chǎn)量使中國蓄電池產(chǎn)業(yè)增值之外，提升蓄電池技術(shù)含量，更是使中國蓄電池產(chǎn)業(yè)增值的新思路之一，本文以LTC3780 為核心的開關(guān)電源模塊與蓄電池相結(jié)合，就是實(shí)例之一。如果再加上法拉級電容，則綜合外特性更好，技術(shù)含量更高，可獲利潤也更高。

　1 LTC3780 簡介

　LTC3780 是一款高性能的能降壓-升壓的開關(guān)型穩(wěn)壓器，可在輸入電壓高于、低于或等于輸出電壓的條件下工作。恒定頻率電流模式架構(gòu)提供了一個(gè)高達(dá)400 Hz的可鎖相頻率，可以在4~30 V寬輸入和輸出范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同工作模式間的無縫切換。

　LTC3780 的引腳排列如圖1 所示。

圖1 LTC3780 的引腳圖

　 LTC3780 的內(nèi)部原理框圖及外圍電路如圖2所示。

圖2 LTC3780的原理框圖及典型外圍電路

　在圖2電路中，受LTC3780 控制的4 只MOS管，可簡化為圖3 所示。而LTC3780 的工作模式與占空比的關(guān)系如圖4 所示。

圖3 LTC3780 輸出開關(guān)的簡化示意圖圖4 LTC3780 工作模式與占空比的關(guān)系

　在圖5 中，LTC3780 控制4 個(gè)電子開關(guān)，其中SA、SB在輸入電源半橋電路，SC、SD在輸出電源半橋電路。實(shí)際上用低內(nèi)阻大電流場效應(yīng)管來作為上述4 個(gè)電子開關(guān)。LTC3780 控制這4 個(gè)功率場效應(yīng)管柵極，使得圖5 電路可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)降壓或者開關(guān)升壓的效果。借助于LTC3780可以在輸入電壓為4~36 V的寬輸入電壓和寬輸出電壓范圍內(nèi)，無縫切換使電路工作于降壓或升壓，僅僅只需要一個(gè)6.8μH小電感，開關(guān)電源最高效率可以做到0.99。

圖5 可實(shí)現(xiàn)開關(guān)降壓或升壓的電路圖6 當(dāng)需要輸出電壓低于輸入電壓時(shí)
LTC3780 工作在Buck模式

　2 LTC3780的Buck 降壓開關(guān)工作模式

　當(dāng)輸入電壓VIN、高于所需要設(shè)定的輸出電壓VOUT 時(shí)，LTC3780 工作在Buck 開關(guān)降壓工作模式，這時(shí)LTC3780 令SD 常閉，SC 常開，只控制SA和SB交替接通和截止，用開關(guān)SA給電感L 供電，用開關(guān)SB來為電感續(xù)流，獲得降壓型Buck 開關(guān)穩(wěn)壓輸出效果，如圖6 所示。

　3 LTC3780 的Boost升壓工作模式

　當(dāng)需要設(shè)置輸出電壓VOUT高于輸入電源電壓VIN時(shí)，LTC3780 自動(dòng)切換為Boost 升壓工作模式。這時(shí)LTC3780 令SA常閉，而SB 常開，輸入電源經(jīng)直通的SA供電給電感L，SC與SD交替通、斷，當(dāng)SC導(dǎo)通SD截止時(shí)，電源VIN給電感L 儲存磁能，而在SC截止，同時(shí)SD導(dǎo)通時(shí)電感放電實(shí)現(xiàn)Boost 升壓工作模式，如圖7所示。

圖7 當(dāng)需要輸出電壓高于輸入電壓時(shí)
LTC3780 工作在Boost模式

　4 LTC3780的無縫切換工作模式

　當(dāng)需設(shè)定的輸出電壓VOUT接近輸入電源電壓VIN時(shí)，LTC3780 使SA 和SD 在每個(gè)周期的大部分時(shí)間內(nèi)處于導(dǎo)通狀態(tài)。僅僅為了適應(yīng)輸出與輸入電源電壓之間很小的電位差，LTC3780 在每個(gè)周期的暫短時(shí)間內(nèi)，控制電感L 的充電、放電，是靠SA-SC在VIN對地之間接通，或者SB-SD在VOUT對地之間接通，來穩(wěn)定輸出電壓。以LTC3780 為核心的開關(guān)電源，如圖8 所示，選擇圖8 中定置R1 阻值，就可預(yù)置VOUT輸出電壓的數(shù)值，十分方便。

圖8 以LTC3780 為核心的高效率開關(guān)電源

　5 LTC3780功能擴(kuò)展

　以LTC3780 為核心，只加兩片凌特公司的懸浮柵極驅(qū)動(dòng)電路（LTC4440），可以使LTC3780 的輸入電壓VIN擴(kuò)展到36~72 V。而輸出電壓可在24~48V之間任意設(shè)定，如圖9 所示。

圖9 LTC3780 的擴(kuò)展功能

　當(dāng)然，這只是LTC3780 功能擴(kuò)展實(shí)例之一，其他還有許多方案，例如：可以滿足蓄電池廠家的要求適配為任何預(yù)置電壓，也可以適應(yīng)用戶的需要，把LTC3780 功能擴(kuò)展到滿足用戶使用要求，只需要更換相應(yīng)的場效應(yīng)功率管規(guī)格及其驅(qū)動(dòng)電路，并精心優(yōu)化兩端電感，就可達(dá)到目的。

　6 蓄電池智能化開關(guān)電源模塊

　利用LTC3780 為核心的開關(guān)電源模塊，不經(jīng)過圖9 的擴(kuò)展，可以使6~30 V 蓄電池，任意在6~30V范圍內(nèi)設(shè)定輸出電壓。

　為了使蓄電池能夠提供足夠大的起動(dòng)電流，而不危及蓄電池壽命，可以在蓄電池的端子，即開關(guān)電源的輸入端，并聯(lián)一個(gè)法拉級電容，并在開關(guān)電源輸出端，再并聯(lián)一個(gè)法拉級電容，借助于這兩個(gè)法拉級電容，能夠大幅度改善蓄電池的供電能力，使安裝了以LTC3780 為核心的開關(guān)電源模塊之后的輸出端，具有十分優(yōu)異的外特性，這對蓄電池生產(chǎn)廠家而言，是巨大的商業(yè)機(jī)會(huì)，而對應(yīng)用電池的用戶而言，提供了更大的靈活性。至于什么樣的電池配什么樣的法拉級電容，主要由用戶訂單需求而決定，也取決于定價(jià)，如圖10 所示。

圖10 常規(guī)蓄電池經(jīng)智能化創(chuàng)新的示意圖

　7 結(jié)語

　借助于LTC3780 為核心控制芯片，可以無縫切換Buck-Boost 開關(guān)模式，高效率地升壓或降壓，具有自動(dòng)穩(wěn)定輸出電壓的作用，使蓄電池外特性有質(zhì)的飛躍。

　借助于LTC3780完善的保護(hù)功能，可以提升蓄電池更可靠更安全的應(yīng)用性能。借助于法拉級電容可以瞬間吸納和瞬間輸出大電流的特點(diǎn)，可以延長蓄電池壽命，并可以使用戶得到比直接使用電池更理想的效果。目前尚須另設(shè)兩端，作為直接使用蓄電池放電使用端子，也作為蓄電池充電端子使用。下一步有必要把“蓄電池輸出端”和“蓄電池充電端”取消，成為只有兩個(gè)端子的智能蓄電池模塊，這時(shí)須用“雙向逆變開關(guān)電源技術(shù)”。下次將另撰文闡述。

參考文獻(xiàn)

[1] LINEAR 公司，LTC3780 產(chǎn)品說明書[Z].

[2] Abraham I. Pressman 著，王志強(qiáng)譯.開關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].（第二版），北京：電子工業(yè)出版社,2006.