基于LTC3780的開(kāi)關(guān)電源模塊及其在蓄電池中的應用
作者：
時(shí)間：2012-03-02
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
收藏
英飛凌汽車(chē)電子生態(tài)圈
掃碼關(guān)注
獲取最新最全汽車(chē)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(kāi)關(guān)電源模塊與蓄電池相結合，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(jiǎn)介
LTC3780 是一款高性能的能降壓-升壓的開(kāi)關(guān)型穩壓器，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提供了一個(gè)高達400 Hz的可鎖相頻率，可以在4~30 V寬輸入和輸出范圍內實(shí)現不同工作模式間的無(wú)縫切換。
LTC3780 的引腳排列如圖1 所示。
圖1 LTC3780 的引腳圖
LTC3780 的內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(jiǎn)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(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)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(kāi)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)際上用低內阻大電流場(chǎng)效應管來(lái)作為上述4 個(gè)電子開(kāi)關(guān)。LTC3780 控制這4 個(gè)功率場(chǎng)效應管柵極，使得圖5 電路可以實(shí)現開(kāi)關(guān)降壓或者開(kāi)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，無(wú)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(kāi)關(guān)電源最高效率可以做到0.99。
圖5 可實(shí)現開(kāi)關(guān)降壓或升壓的電路 圖6 當需要輸出電壓低于輸入電壓時(shí)
LTC3780 工作在Buck模式
LTC3780 工作在Buck模式
2 LTC3780的Buck 降壓開(kāi)關(guān)工作模式
當輸入電壓VIN、高于所需要設定的輸出電壓VOUT 時(shí)，LTC3780 工作在Buck 開(kāi)關(guān)降壓工作模式，這時(shí)LTC3780 令SD 常閉，SC 常開(kāi)，只控制SA和SB交替接通和截止，用開(kāi)關(guān)SA給電感L 供電，用開(kāi)關(guān)SB來(lái)為電感續流，獲得降壓型Buck 開(kāi)關(guān)穩壓輸出效果，如圖6 所示。
3 LTC3780 的Boost升壓工作模式
當需要設置輸出電壓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(kāi)，輸入電源經(jīng)直通的SA供電給電感L，SC與SD交替通、斷，當SC導通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導通時(shí)電感放電實(shí)現Boost 升壓工作模式，如圖7所示。
圖7 當需要輸出電壓高于輸入電壓時(shí)
LTC3780 工作在Boost模式
LTC3780 工作在Boost模式
4 LTC3780的無(wú)縫切換工作模式
當需設定的輸出電壓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)間內處于導通狀態(tài)。僅僅為了適應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，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(lái)穩定輸出電壓。以LTC3780 為核心的開(kāi)關(guān)電源，如圖8 所示，選擇圖8 中定置R1 阻值，就可預置VOUT輸出電壓的數值，十分方便。
圖8 以L(fǎng)TC3780 為核心的高效率開(kāi)關(guān)電源
5 LTC3780功能擴展
以LTC3780 為核心，只加兩片凌特公司的懸浮柵極驅動(dòng)電路（LTC4440），可以使LTC3780 的輸入電壓VIN擴展到36~72 V。而輸出電壓可在24~48V之間任意設定，如圖9 所示。
圖9 LTC3780 的擴展功能
當然，這只是LTC3780 功能擴展實(shí)例之一，其他還有許多方案，例如：可以滿(mǎn)足蓄電池廠(chǎng)家的要求適配為任何預置電壓，也可以適應用戶(hù)的需要，把LTC3780 功能擴展到滿(mǎn)足用戶(hù)使用要求，只需要更換相應的場(chǎng)效應功率管規格及其驅動(dòng)電路，并精心優(yōu)化兩端電感，就可達到目的。
6 蓄電池智能化開(kāi)關(guān)電源模塊
利用LTC3780 為核心的開(kāi)關(guān)電源模塊，不經(jīng)過(guò)圖9 的擴展，可以使6~30 V 蓄電池，任意在6~30V范圍內設定輸出電壓。
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(kāi)關(guān)電源的輸入端，并聯(lián)一個(gè)法拉級電容，并在開(kāi)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(kāi)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(chǎng)家而言，是巨大的商業(yè)機會(huì )，而對應用電池的用戶(hù)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(hù)訂單需求而決定，也取決于定價(jià)，如圖10 所示。
圖10 常規蓄電池經(jīng)智能化創(chuàng )新的示意圖
7 結語(yǔ)
借助于LTC3780 為核心控制芯片，可以無(wú)縫切換Buck-Boost 開(kāi)關(guān)模式，高效率地升壓或降壓，具有自動(dòng)穩定輸出電壓的作用，使蓄電池外特性有質(zhì)的飛躍。
借助于LTC3780完善的保護功能，可以提升蓄電池更可靠更安全的應用性能。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(cháng)蓄電池壽命，并可以使用戶(hù)得到比直接使用電池更理想的效果。目前尚須另設兩端，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(kāi)關(guān)電源技術(shù)”。下次將另撰文闡述。
參考文獻
[1] LINEAR 公司，LTC3780 產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)[Z].
[2] Abraham I. Pressman 著(zhù)，王志強譯.開(kāi)關(guān)電源設計[M].（第二版），北京：電子工業(yè)出版社,2006.
相關(guān)推薦
技術(shù)專(zhuān)區
- FPGA
- DSP
- MCU
- 示波器
- 步進(jìn)電機
- Zigbee
- LabVIEW
- Arduino
- RFID
- NFC
- STM32
- Protel
- GPS
- MSP430
- Multisim
- 濾波器
- CAN總線(xiàn)
- 開(kāi)關(guān)電源
- 單片機
- PCB
- USB
- ARM
- CPLD
- 連接器
- MEMS
- CMOS
- MIPS
- EMC
- EDA
- ROM
- 陀螺儀
- VHDL
- 比較器
- Verilog
- 穩壓電源
- RAM
- AVR
- 傳感器
- 可控硅
- IGBT
- 嵌入式開(kāi)發(fā)
- 逆變器
- Quartus
- RS-232
- Cyclone
- 電位器
- 電機控制
- 藍牙
- PLC
- PWM
- 汽車(chē)電子
- 轉換器
- 電源管理
- 信號放大器
評論