基于Buck芯片SCT2650的升降压解决方案

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

即

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：

三、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

Tips

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。