目前在工業(yè)控制系統(tǒng)、新能源儲能系統(tǒng)及許多電子設(shè)備中，為了適應(yīng)多樣的電壓范圍，提高能量使用效率，許多應(yīng)用場景都需要中高壓升降壓方案來實現(xiàn)。

比如，工業(yè)交換機在標(biāo)準(zhǔn)POE 供電時常用48V降壓場景，為了保證穩(wěn)定的供電，在使用非POE供電時，輔助電源最低輸出可能到9V，這時就需要升壓輸出12V，因而需要中高壓升降壓方案。同樣，戶外便攜儲能充電應(yīng)用需要滿足太陽能板9V-50V輸出12V的應(yīng)用場景，因而也涉及到升降壓的場景。

中高壓升降壓模塊往往設(shè)計復(fù)雜，成本較高，一定要這么復(fù)雜才能滿足嗎？

市面上主流的中高壓升降壓拓撲方案有四開關(guān)管升降壓控制芯片、SEPIC/反激控制芯片等。實際上四開關(guān)管升降壓芯片成本很高，而SEPIC/反激控制芯片設(shè)計復(fù)雜。

如果僅需要升降壓功能，功率較小，不需要隔離時，本篇解決方案將以SCT2650為例，介紹一個成本適宜、設(shè)計簡單的升降壓方案，來滿足更多應(yīng)用場景使用。

一個簡單的升壓解決方案原理

SCT2650是一個4.5V-60V輸入持續(xù)5a輸出的Buck芯片，集成了80mΩ Rdson高側(cè)功率MOSFET。芯片采用峰值電流模式控制，輸出電壓可調(diào)節(jié)，具有優(yōu)秀的線路和負載瞬態(tài)響應(yīng)，簡化了外部回路補償設(shè)計。

圖1 Buck-Boost級聯(lián)拓撲圖

圖1中的Buck-Boost級聯(lián)拓撲圖，通過Buck與Boost相結(jié)合，兩個功率電路級聯(lián)的方式來實現(xiàn)升降壓工作。不過在Buck輸出端與Boost輸入端電容電感形成了一個三階濾波器，在保證電壓增益不變的情況下，可以使用低階濾波器代替三階濾波器 ，所以在原來的基礎(chǔ)上，我們可以得到一個更為 簡化的Buck-Boost級聯(lián)拓撲 。

圖2為簡化版升降壓級聯(lián)拓撲原理圖，同時也是SCT2650實現(xiàn)Buck-Boost的實際拓撲方案。在原先Buck拓撲基礎(chǔ)上 增加Q2,D2作為補充實現(xiàn)升降壓工作器件 ，將單純的Buck拓撲變?yōu)榱薆uck-Boost級聯(lián)單電感升降壓解決方案，而Q2控制信號來自于SCT2650的SW1信號。

圖3級聯(lián)Buck-Boost工作時序圖

該電路控制方法較為簡單，在T0-T1時刻，Q1,Q2導(dǎo)通，SW1高電平為Vin電壓，給電感儲存能量，輸出電容放電給負載供電。在T1-T2時期，D1,D2導(dǎo)通，SW2高電平為Vout電壓，電感電流不能突變，通過D1,D2給輸出電容及負載供電，輸出電壓關(guān)系推導(dǎo)如下：

由伏秒平衡得

即

可得到該該拓撲輸入輸出電壓關(guān)系為

當(dāng)占空比發(fā)生變化時，此方案可以實現(xiàn)正向升降壓功能。

高輸入電壓條件下保護柵極

實際應(yīng)用場景中，由于SCT2650有非常寬的工作電壓范圍，SW1信號作為Q2的控制信號時，就會存在SW1高電平較高的情況。Q2的柵極驅(qū)動電壓一般最大在20V左右，這就有可能導(dǎo)致?lián)p壞Q2的柵極。基于這個隱患，我們對Q2的驅(qū)動電路部分進行進一步設(shè)計。

圖4 Q2驅(qū)動電路設(shè)計

通過一個Q3和穩(wěn)壓管形成簡單的穩(wěn)壓電路 ，使Q2的驅(qū)動電壓最高被穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定在9.1V以內(nèi)，從而起到保護Q2的一個作用。

總結(jié)一下，用Buck-Boost級聯(lián)來實現(xiàn)升降壓的優(yōu)劣勢如下：

三、推薦應(yīng)用條件

以SCT2650為例的升降壓方案，推薦應(yīng)用條件如下：

SW1,SW2波形及輸出紋波測試波形

圖5 Vin=9V Vout=12V Iout=2A

圖6 Vin=12V Vout=12V Iout=2A

圖7 Vout=12V 的效率測試

Tips

設(shè)計注意要點

1電感飽和電流需考慮Buck-Boost拓撲結(jié)構(gòu)，結(jié)合對電感的感值選型。

2需要快速動態(tài)響應(yīng)時建議comp參數(shù)為：對地阻容建議68K，3.3nf，并聯(lián)對地電容為330pf。

3輸入輸出電容選型需考慮Buck-Boost拓撲結(jié)構(gòu)，來滿足輸出紋波需求。