基于DC/DC的大电流升压电路方案

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引言
由于移动通信等技术的迅猛发展，对车载设备电源提出了更高的要求。急需一种将汽车电瓶的12V电压转换为16V,18.5V,24V等多路输出的电源，要求每路输出的电流可以达到7A。由于市面上的升压DC/DC达不到电流需求，目前常采用将12V电瓶电压逆变到交流220V,再由交流220V产生直流18.5V等多路输出的方法，虽然其可以达到电流需求，但电源经过两次转换后，电源效率将大幅度降低，大约只有60%左右，这样的转换效率对汽车电瓶供电是很难接受的。
针对这一问题，该文提出基于两相步进升压型DC/DC控制器LT3782设计大电流输出的升压型DC/DC模块的方法。
1　LT3782简介
LT3782是美国凌力尔特公司生产的两相步进升压型DC/DC控制器，28引脚SSOP封装芯片，开关频率在150～500kHz之间可编程，由于采用两相BOOST拓扑结构。对输出场效应管漏电流和肖特基二极管通过电流的要求都减少一半，即两个输出相位差180°，两个输出间互相抑制输出纹波电流，输出纹波是单相BOOST转换电路的1/3。电源效率高，对散热的要求小。图1是LT3782的管脚图，第29引脚是芯片底部的散热脚。27引脚连接输入电源；4引脚接地；11引脚用来设定开关频率；20和23BGATE引脚用来驱动场效应管的栅极；8,9,12和13SENSE引脚用来反馈场效应管的输出电流；16引脚是输出电压反馈引脚，该脚电压为2.44V,通过反馈电阻可以设定输出电压值。17引脚是低电压关断引脚，当该引脚的电压大于2.45V时，器件才开始工作，当该引脚的电压小于0.3V时，器件进入低电压关断模式。14引脚是软启动引脚，当加电时，输出电压从0V渐变到设定的输出电压值，典型的启动时间可以由下式计算：


式中：C为连接14引脚到地的电容值，单位为μF;t为典型的启动时间。


2　电路实现
2.1　开关电源总体设计
电路实现如图2所示，12V汽车电瓶电压经过插头JP1和R5给LT3782供电，LT3782产生的两相振荡输出驱动N沟道场效应管Q1和Q2,场效应管输出分别经肖特基二极管D1和D2整流后，由电容C7滤波输出。


2.2　开关电源参数设定
图2中，电阻R1用来设定LT3782的开关频率，LT3782的开关频率在150～500kHz之间可编程。这里选取开关频率为250kHz,参照图3取电阻值R1=75kHz。


参照LT3782数据手册，通过输入/输出电压关系和占空比可以推算出N沟道场效应管的峰值电流约为15A。通过设定电阻R8和R10的阻值可以设定电源的限制电流，避免电源电流过大，烧坏后面电路。LT3782的SENSE管脚的域值电压为60mV,因而电阻R8和R10的阻值为0.004Ω。
输出电压是通过设定电阻R13,R7和R11的比例关系来设定的，LT3782的FB脚电压为2.44V参考电压，这样输出电压可以通过下式计算：
Vout=2.44[1+（R13+R7）/R11]
汽车电瓶的过放电保护是通过设定该电源的最低工作电压实现的。当LT3782的RUN管脚电压高于2.45V时，该电源才能正常工作，通过电阻R6和R9的分压，使汽车电瓶电压在大于10V时，该电源才能正常工作，避免了电瓶的过放电。
3　电路测试
为了验证该开关电源性能，采用如图4所示的方法进行验证。因为该电源的输入电流较大，输入的直流电源采用安捷伦的6574A2J07。它的输出电流最高可达42A,输出电压在0～50V范围内可调，输出负载采用建伍的PEL1022201,通过它可以直观地看到输出电压和电流情况。经过验证，该电路完全满足使用单位需求。



4　结语
基于美国凌力尔特公司生产的两相步进升压型DC/DC控制器LT3782,设计了一款大电流输出的升压型DC/DC模块。该模块在12V汽车电瓶供电下，根据需要可以提供高达7A电流的24V,18.5V等多种输出，由于采用两相DC/DC新技术，电源效率达到90%以上。比电源经过转换到交流220V后，再转换成所需电压的方法，效率明显提高，符合当前建设节约型社会的发展方向，实用性更强。