技术博客
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解决方案 | 换个思路，简单帮你解决中高压升降压问题！
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。 √ SCT2650详细参数信息—官网可直接下单 √ 更多同类用法：SCT2450CSTER
2023-06-16了解详情
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车载无线充电源芯片集成化解决方案
随着用户对充电便捷性要求的提高，车载手机无线充电技术快速发展，技术成熟度更高，应用领域更加广泛。随着在汽车上大规模的应用，避免了驾驶人埋头寻找插孔、分辨接口与充电线的行为，提高行车安全性。在功能设计上与汽车内饰成为一体，美观实用。 据高工智能汽车研究院监测数据显示，2021年中国市场（不含进出口）乘用车新车前装标配搭载手机无线充电模块功能上险量为358.35万辆，同比增长120.43%，前装搭载率为17.57%。2022年预计搭载率25%。 车载无线充在设计上一般涉及控制芯片、磁吸线圈、传感器、电源管理等几个模块。在选择无线充模块时需要关注充电效率、安全性及兼容性。 充电效率：如果充电效率低，将影响用户的使用体验。因此，研发人员需要关注充电器的功率、传输距离、传输效率、热损失等因素，以提高充电效率。 安全性：需要考虑到电池过热、短路、过充等问题，以确保产品的安全性。还需考虑电磁辐射等问题，以避免不良影响。 兼容性：需要考虑到不同设备的充电需求和充电方式，兼容不同品牌、不同型号的手机和其他设备。 目前车载无线充电方案的主流以15W以下方案为主。本文将以15W以下的系统解决方案为例详细说明 电源管理芯片选型时的重要指标。 输入功率变换器 在无线充应用中输入功率变换器的低压差直通模式是标配，低压差直通意味着高效与低EMI。 *定义一个输入电压范围，在该范围内输入电压可以直接传递到降压-升压稳压器的输出端。这样做的好处是没有开关动作，电路效率非常高，且没有音频噪声。输出纹波和正常降压模式几乎无差别。 SCT2462Q和SCT9431Q两款车规降压变换器，都支持低压差直通模式。SCT2462Q可用于15W的方案，支持6A输出、最高耐压可达42V；采用第二代低压差直通技术，可以支持更低的输入输出电压差（最大占空比99.3%+图），有效拓展无线充功率发射级的输入电压范围。SCT9431Q可用于10W的方案，支持3A输出，最高耐压可达42V。 同时，芯洲特有的多级栅级驱动专利技术，可有效的抑制开关结点的开关振铃，更容易通过相关的EMI测试。以下是SCT2462EVM板实测，从波形上看，SCT2462在满载时，上管开通的振铃过冲仅3.4V，且没有多次振荡，关断时的波形非常干净。 SCT2462EVM：12V输入，5V/6A满载输出，开关节点SW的波形（图2为细节） CAN和MCU的供电方案 目前市场上最常用的CAN通讯接口器件大多都是采用5V供电，而大部分的MCU供电电压却从5V降低到了3.3V供电，可采用SCT2600Q（0.6A输出降压变换器）及SCT71403Q（300mA LDO方案）。SCT2600Q是车规级的一级电源，Vinmax=60V，支持2.1MHz开关频率，可避免对车载AM（540 KHz－1600KHz ）频段的干扰，轻载工作模式PSM，大大提高了轻载效率，在负载4mA时，效率大于80%。 SCT71403Q是车规级的一级LDO，VINmax=42V，VOUT=3.3Vor5V，Imax=300Ma，待机电流仅2.4uA，自身身集成了OCFB（过流折回）/OTP/UVLO/PG等电压电流检测及保护功能，有效地保护了输出负载短路大电流等情况，提高了用户使用的安全可靠性。极低的待机电流大大降低了整机的待机功耗，非常适合常待机应用场合。 无线充电发射端功率级 无线充电按照技术路线，大概分为三种类型。第一种为电磁感应，第二种是电磁谐振，第三种事无线电波。三种路线都有相应的标准和组织在推进，推进市场应用及标准化。现在Qi的电磁感应方式占据了主流，遵循Qi标准的发射端和接收端的方案愈加完善。在发射级的性能方面，主要关注几点： 1） 工作电压范围：3v-15v。 SCT63340芯片供电电压范围为4.2V~30V，功率级的工作电压范围为1V~26V。是目前15W无线充发射端输入电压范围最宽的一款芯片。 2） 转换效率。 SCT63340内部集成13mohm的全桥MOS管，其15W时的功率传输效率达86%，高于行业平均水平。 SCT63340功率传输效率 3） 芯片面积及散热。 SCT63340采用QFN 4x4封装，可最大化程度节约布板面积，实现高密度集成化解决方案。提供可靠的焊接质量，及良好的散热能力。具有良好的电性能和热性能，体积小，重量轻。 SCT63340同时自带调解功能，简化电路设计，节约MCU功能性成本。芯洲科技持续为客户提供丰富的电源芯片选择，同时基于市场需求快速迭代。 更多定制化电源管理解决方案，欢迎关注并联系我们。 详情请参考：SCT2462FNAR 详情请参考：SCT2600TVBR 详情请参考：SCT9431FSAR 详情请参考：SCT63340FGAR
2023-05-09了解详情 -
针对高串电池包（>12串）应用的大电流解决方案
目前，芯洲推出针对高串电池包（>12串）应用的大电流DC/DC产品SCT2A25/2A27供大家选型。具体性能如下介绍： 1.1 1.1.2 SCT2A27STER 1.2 可靠性 1.2.1 SCT2A25STER 1.2.2 SCT2A27 1.3 DEMO测试效率 1.3.1 SCT2A25STER 1.3.2 SCT2A27STER 介绍完芯片性能，接下来介绍下市场应用。SCT2A25/2A27经过市场验证，广泛应用于二轮电动车GPS/仪表盘/BMS/电机驱动，以及PoE工业交换机等。详细如下: 2.1 二轮车应用 2.1.1 电机驱动 2.1.2 仪表盘 2.1.3 GPS 2.2 工业应用 2.2.1 PoE工业交换机 2.2.2 园林工具 芯洲科技簇拥市场，为客户提供最快、最好的支持和专业解决方案。公司追求诚实守信、持续创新、合作共赢的企业精神，和在不断拼搏中茁壮成长的中国集成电路产业一起砥砺前行。 详情请参考:SCT2A25STER 详情请参考:SCT2A27STER
2022-10-19了解详情 -
SCT12A1 在输出硬短路下的负载断开保护功能介绍
在一个开关周期里，当开关闭合的时候，续流管Q2关断，输出电容Cout存的电荷与前级电感L和开关管Q1断开（此时Cout与电感L通过续流管Q2的寄生体二极管电气连接，由于该体二极管导通能力非常弱，故在介绍Boost型DCDC转换器时候简化为此时Q1与L断开），对后级电路放电。电感L， 开关管Q1与输出形成独立回路。电源对电感充电，电感L储能。开关断开，由于电感的电流方向不能突变，电流继续从电感近输入端一侧流向输出端侧，续流管导通，此时，电感和电源的极性一致，给电容充电。在开关型DCDC升压转换器停止工作的状态下，一旦存在输入电压，从输入端经电感L，再经续流管Q2体直至输出端，从在一个不可避免的电流通路。由于这个通路的存在，即便转换器在停止工作状态下，输出端依旧有电压存在，既输入电压。也就是常说的负载未完全断开。在使用升压型DCDC转换器的电子器件中，负载的未完全断开，会增加整个系统关机状态下的功耗。对于现在越来越多的电池供电的移动设备，关机状态下的功耗会一次充电下电池的续航时间，也就是终端消费者口中的“电池漏电”现象。同时，由于输出端在关机状态下始终有电压存在，一旦发生输出端短路，输入端与地之间形成直接通路，瞬间产生巨大电流，但又不能通过关机的方式来保护整个系统，进而带来损坏转换器有源器件和整个负载系统的风险。 针对Boost存在不可控电流路径的问题，SCT12A1提供了如下解决方案，在转换器输出和负载端插入P沟道型MOSFET来断开负载并提供输出端短路保护。P型MOSFET的源极连接到SCT12A1的VOUT引脚。在VOUT引脚和P型MOSFET的源极需要接输出电容，以维持控制回路的稳定性。 例如，VOUT=12V, ISHORT=15A,tSHORT=60us，这样这样短路过程产生的热QFET为5.4mJ。 选择外置P-FET选择外置P-FET时候，需要流出足够的裕度，以保证P-FET在短路事件中不会被毁坏。接着上面假设的应用条件，在12V-VOUT/1A-IOUT的条件下，P-FET的选择应该需要满足这样的要求： V_DS≥12 V SOA>3.6 mJ 外部FET选择示例 FDMC612PZ -20VDS，-14A Id, 10nC Qg Fairchild CSD25404Q3 -20VDS, -18A Id, 10.9nC Qg Texas Instruments 图 3. Fairchild FDMC612PZ SOA 图 4. TI CSD25404Q3 SCT12A1硬短路保护应用波形 图 5. 0A负载下输出硬短路（PFM） VIN=3.6V, VOUT=9V, Ta=27ºC 图6. 3A负载下输出硬短路（PFM） VIN=3.6V, VOUT=9V, Ta=27ºC SCT12A1产品介绍 SCT12A0产品介绍
2021-12-29了解详情 -
无线充电功率发射端电源解决方案
详情请参考：SCT9339STER 详情请参考：SCT63240FIAR 详情请参考：SCT63140FMAR
2021-12-29了解详情 -
SCT2A10多串锂电池管理系统(BMS)应用设计
BMS BMS一般由信号链路和电源两部分组成。信号链路部分由模拟前端AFE、NTC电阻、电流采样器完成对电池的采样监测；主控MCU负责依据电池采样监测信息进行系统控制，通讯接口通常为CAN接口负责与后端上位机通讯。电源部分包括降压DCDC转换器和功率开关管。降压DCDC负责从多串电池取输入电压转换成BMS系统内部供电电压。功率开关管主要职责在于依据MCU发出指令，将电池电芯与负载进行导通或者隔绝。 图1, 多串锂电池管理系统 (BMS) 2 SCT2A10在多串锂电池管理系统(BMS)中的应用设计 芯洲科技高输入电压范围，同步降压转换器SCT2A10为多串锂电池管理系统提供完整、高性能和高可靠性方案。SCT2A10输入电压范围为4.5V至85V、输出电压可调，输出电流为0.6A的同步降压DCDC转换器。芯片内部集成了功率MOSFET管，导通电阻分别为上管800mΩ，下管500mΩ。采用COT谷值电流控制模式，内部集成回路补偿并减少外围器件数量，为用户简化了设计并降低了整机成本。SCT2A10的封装为ESOP-8，提供良好的散热。该芯片具备输出电压过压保护，开关谷值电流限制和过热保护，为实际应用中的安全性提供多重保障。 图2, SCT2A10 BMS电源设计架构 下面以常见的12串锂电池管理系统(BMS)为例，详细解释SCT2A10设计具体步骤。图3是SCT2A10典型应用原理图。 图3，12V输出原理图 设计目标参数 1) 输出电压设置 SCT2A10通过配置分压反馈电阻桥来设置输出电压，输出电压与分压反馈电阻桥的配置关系 1) 针对12V输出电压： (2) R5 R6只需要满足公式（2）的比例关系既可以完成输出12V的设置。但是由于该分压电阻桥与12V输出直接相连，支路通过电流为： +(3) 因此，分压电阻桥等效阻值过小，会导致支路通过电流偏大，影响整体转换效率；等效阻值过大，支路通过电流过小易遭受干扰，导致整体电路工作不稳定。推荐610K~30K20K R=20KΩ，6Ω FB2KR，与5C100p6R=280KR=2KC=100p 2) 频率设置 R=(4 针对500KHz fsw, R5=500KΩ，选取E-96常见电阻表中常见阻值：R5=499KΩ 3) 电感选择 在做电感选择的时候需要考虑很多因素，包括电感量，饱和电流，均方根电流，直流寄生电阻等，这些因素通常互相制约。例如，较大的电感量带来较小的电感电流纹波，提供较小的输出电压纹波，但是较大的电感量通常电感体积大、饱和电流小 和直流寄生电阻大为代价。所以经验上电感的选择从确定电感电流纹波（ILPP）为切入点,ILPP通常选输出最大电流的20~50%的经验值。 电感量L选择： L_MIN=V_OUT/(f_SW*LIR*I_(OUT(max)) )*(1-V_OUT/V_(IN(max)) ) (6) 因此： VOUT=12V,VIN(MAX)=72V, LIR=40%,IOUT_MAX==600mA, fsw=500kHz 根据公式（6）：MIN 在电感额定电流和电感饱和电流，尤其是电感饱和电流选择时，一定要选择饱和电流大于电路输出峰值电流(ILPEAK)，同时也要大于输出均方根电流(ILRMS)。 I_LPEAK=I_(OUT_MAX)I_LPP/2 〖〗〖〖〗〗 C_OUT=(V_OUT*(V_IN-V_OUT))/(8*〖 5) 输入电容选择 CIN=4.16uF,取接近值： C1=2x2.2uF，推荐WE 885012209071,电容量2.2uF, 额定电压100V。 自举电容C4位于SW管脚和BST管脚直接，用于产生上功率管驱动电压。 C4=0.1uF, X7R陶瓷电容。 R_1=(V_Start(V_ENF/V_ENR)-V_Stop)/(I_1 (1-V_ENF/V_ENR)+I_2 ) R_2=(R_1×V_ENF)/(V_Stop-V_ENF+R_1 (I_1+I_2 ) ) (12) 其中： • VStart为系统启动电压36V，即VIN=Vstart，电路启动 • VStop为系统启动电压30V，即VIN=Vstop，电路关断 • I1=1uA • I2=3uA • VENR=1.21V • VENF=1.05V R1=395.778KΩ,R2=14.354 KΩ。根据E-96电阻表，选择相近电阻值：R1=392KΩ,R2=14.3 KΩ 如果没有调节启动和关断电压阈值要求，可以R1=100KΩ, R2 悬空。 完整设计原理图如下图4： 图 4 12V输出，完整设计原理图 1) 功率地布线非常关键。黄金规则是最小阻抗布线和功率均匀散开布线。尽可能在表层保留最够大的GND铺铜，散热焊盘处开窗且留有足够多的对底层过孔（推荐不少于6个过孔，孔内径推荐8mil），底层地铺铜尽量不要有割线。 3) 输出电压铺铜与地铺铜留足够空间，推荐20mil以上间隙，防止高压爬电现象。 5) 反馈电阻桥R4，R5，R6，C8放置位置离FB管脚尽可能近,且应当连接到模拟小信号地上，该模拟小信号地为独立地区域，单点与GND脚相连。 7) C4建议在顶层走线，离SW和BST管脚尽可能近，推荐线宽10mil。 4 测试结果 测试条件：Vin=48V, Vout=12V 图 6 详情请参考：SCT2A10STER
2021-12-29了解详情
