目前，市面上很多大功率戶外電源均采用雙向同步升降壓芯片來取代以往升壓、降壓電路分離的設(shè)計。升降壓英文名稱為Buck-Boost，顧名思義既可升壓又可降壓。雙向同步升降壓芯片可以在輸入電壓低于、等于或高于所需電壓時進(jìn)行自動升降壓，助力產(chǎn)品實現(xiàn)雙向流動，既可以從電池輸出，也可以實現(xiàn)電池充電。這使得戶外電源可以在不同場景下靈活使用,既可以為設(shè)備供電,也可以給電池充電。雙向升降壓電路的加入，能夠讓輸出電壓保持恒定，實現(xiàn)電壓的范圍輸出，來滿足戶外電源的充放電需求。
升壓芯片的工作原理基于電感和電容的存儲能量特性，通常基于脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)。其主要組成部分包括輸入濾波電容、續(xù)流二極管、升壓電感、開關(guān)管、輸出濾波電容等。
在升壓芯片中，輸入電壓經(jīng)過濾波電容后，被輸入到開關(guān)管控制端。當(dāng)開關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)時，電感中的電流增加，通過負(fù)載電路，從而使電荷能量儲存到電容器中。當(dāng)開關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)時，由于電感中的電流在短時間內(nèi)不能瞬間消失，因此它會產(chǎn)生一個電感電動勢，在電容器上加上一個高電壓，從而使輸出電壓變高。
在應(yīng)用中，升壓芯片需要根據(jù)負(fù)載電路的需求，選擇合適的電感和電容等元器件，以達(dá)到所需要的升壓倍數(shù)和輸出電壓。
雙向同步升降壓芯片在戶外電源中的應(yīng)用
充電頭網(wǎng)整理最近一段時間的拆解案例時，發(fā)現(xiàn)有多款戶外電源內(nèi)置雙向同步升降壓芯片，以實現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換效率，降低準(zhǔn)換時帶來的能源損耗。文中出現(xiàn)的數(shù)款雙向升降壓芯片部分參數(shù)如圖所示，下文小編將為你詳細(xì)介紹。
南芯科技SC8802
南芯科技SC8802是一顆40V雙向同步4管雙向升降壓充放電控制器。不管輸入電壓是低于，高于或者等于電池組電壓，它都可以對電池組實現(xiàn)充電管理。當(dāng)系統(tǒng)需要從電池組放電時，SC8802 能夠反向輸出所需電壓，同樣可輸出低于，高于或者等于電池組電壓值，可用于戶外電源內(nèi)置電池充電以及輸出，采用QFN-32封裝。
應(yīng)用案例
光宇330W便攜戶外電源
光宇這款戶外電源內(nèi)置288.6Wh鋰電池，逆變支持330W輸出功率，并支持PD快充輸出和無線充電功能，還支持DC接口輸出和點煙器輸出，多種供電方式滿足戶外用電需求。此外這款戶外電源還采用外置充電器設(shè)計，減輕重量，對于短途出行攜帶來說非常方便。
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南芯科技SC8815
南芯科技SC8815是一顆集成了I2C接口的雙向同步升降壓控制器，支持2.5-36V輸入和輸出電壓范圍，耐壓40V，支持為電池充電，其中電池充電電流和電壓，反向放電輸出電壓，輸入輸出電流限制均可由I2C總線控制，芯片具備欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)和過流保護(hù)，并且支持短路保護(hù)和過熱關(guān)斷保護(hù)，在戶外電源中可用于USB-C口快充輸入/輸出，采用QFN-32封裝。
應(yīng)用案例
儲比特 1200W 便攜式戶外電源A1000
儲比特A1000戶外電源內(nèi)置1021Wh刀片動力電池，內(nèi)置的逆變器支持1200W輸出功率，峰值輸出功率為2400W。戶外電源支持太陽能板充電，USB-C充電和適配器充電。USB-C接口支持100W雙向充電，USB-A口支持18W快充，滿足手機和筆記本電腦充電使用。
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大疆512Wh 1000W戶外電源POWER 500
DJI POWER 500戶外電源采用低調(diào)的灰黑色殼體，配合單側(cè)提手，日常攜帶收納方便。在戶外電源側(cè)面設(shè)有顯示面板和連接接口，機身兩面設(shè)有排風(fēng)口配合風(fēng)扇為逆變模塊散熱。戶外電源內(nèi)置512Wh磷酸鐵鋰電池，雙向逆變模塊支持1000W輸出功率，USB-C接口支持100W充放電，SDC接口支持300W充電。
制作大功率 Boost 升壓電源是一項充滿挑戰(zhàn)的任務(wù)，但也是一次非常有成就感的經(jīng)歷。在這個過程中，我深刻體會到了理論與實踐的差距，以及耐心和細(xì)致的重要性。
首先，設(shè)計階段需要充分考慮各種因素，如輸入電壓范圍、輸出電壓需求、電流負(fù)載能力，器件選型等。這需要對電路原理有深入的理解，并進(jìn)行精確的計算和模擬。
在實際制作過程中，遇到了一些意想不到的問題，如電路的設(shè)計功率不足、散熱問題等。通過不斷地調(diào)試和改進(jìn)，才能逐漸找到了問題所在，這讓我明白了實踐出真知的道理。
下面這次制作是通過設(shè)計一款DC-DC轉(zhuǎn)換電路，F(xiàn)P5207是異步升壓控制IC，透過EXT Pin控制外部NMOS，輸入低啟動電壓2.8V與寬工作電壓5V~24V，單節(jié)鋰電池3V~4.2V應(yīng)用，將Vout接到HVDD Pin;精準(zhǔn)的反饋電壓1.2V，內(nèi)置軟啟動，工作頻率由外部電阻調(diào)整;過電流保護(hù)，檢測電感峰值電流,檢測電阻Rcs接在CS與GND之間。
一、準(zhǔn)備電子元器件
BOM表
電子元器件的選擇不是只需要確定一個值就可以了，還要確定這個器件在電路中擔(dān)任的是什么角色。比如同樣是電阻R1、R2、R6、R7的阻值精度就要求高一些，R1，R2是作為啟動電壓限制電阻，確保電路在電壓過低時電路不啟動，以保護(hù)電路;而R6、R7作為反饋采樣電阻，精度越高反饋越精準(zhǔn)，輸出電壓的誤差才越低。所以器件的選型也是一個不可忽視的重要工作，尤其關(guān)于器件耐壓，功率限制等等。
二、設(shè)計要求
這次所用的電路結(jié)構(gòu)是升壓(BOOST)結(jié)構(gòu)，就是把電壓提高到需要的電壓，比如電瓶的電壓是12V的，當(dāng)一個設(shè)備是電池供電，需要一個或多個電壓，可以比電池電壓高也可以比電池電壓低，這時候就需要電路進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。把12V電壓升高或者降低到需要的電壓，當(dāng)然這種方法有很多，電路結(jié)構(gòu)也很多。
這次我們做一個升壓電路，主要是鍛煉我們的動手能力。
輸入電壓：15-24V
輸出電壓：60V
最大輸出電流：4A
最大輸出功率：240W
三、根據(jù)圖紙焊接
根據(jù)電路進(jìn)行PCB布板，因為功率比較大對PCB布板的要求也比較高，不建議使用洞洞板進(jìn)行焊接。
根據(jù)圖紙把元器件做一個大概的布局，一定要合理布局，畫PCB電路板，合理布局可以避免非常多的問題。第一次布局也不用要求太完美，盡可能的布局合理就行，飛幾根線是沒問題的，包括做產(chǎn)品也是，一定要先實現(xiàn)功能，先期不要把不重要的工作耽誤太多的時間。
這里布局有一個大概的思路，確定電源輸入輸出端，先大概布局電流回路，盡量縮短電流回路，之后芯片的地線作為電路的基準(zhǔn)要靠近電流回路的地線，升壓電路尤其要注意輸出電容的地線要靠近芯片的地線避免干擾。功率MOS管和整流二極管會發(fā)熱，一定要加散熱片，把散熱片的位置預(yù)留出來。
四、通電測試
在焊接完成后，一定要檢查好輸入輸出電路是否有短路，觀察板子有沒有焊錫渣。
在不熟悉電路時，要單獨測試電路，不要一開始就整機調(diào)試，具體方法是，穩(wěn)壓電源調(diào)到15V，電路圖中的電阻R10斷開，輸入端接上穩(wěn)壓電源，這時用萬用表測量1腳電壓，如果有8V電壓，說明芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電路工作了，測試3腳補償腳電壓應(yīng)該為1.2V左右,8腳是脈沖輸出，萬用表測不到，要用示波器觀察，如果沒有示波器，就不用測試驅(qū)動波形了。
7腳通過電阻連接到電源輸入端，此處芯片沒有做穩(wěn)壓電路，直接用的電源電壓15V，只要不超過24V，實驗是沒有問題的，如果要想穩(wěn)定，可以使用三極管穩(wěn)壓電路，將超過20V的電壓穩(wěn)定在20V對芯片供電，對電源電壓的波動會好一點，現(xiàn)在沒有采用三極管穩(wěn)壓電路，只是為了實驗，沒有做極端測試。
FS2111 DC-DC Boost升壓芯片在輸入3V、0.6A的條件下，能夠穩(wěn)定地將輸出電壓提升至3.3V、500mA，表現(xiàn)出良好的升壓能力和輸出性能。同時，其在不同負(fù)載條件下的穩(wěn)定性和可靠性也令人滿意。因此，我們推薦在實際應(yīng)用中使用FS2111作為電源管理方案的一部分。
需要注意的是，雖然FS2111在本次測試中表現(xiàn)出色，但在實際應(yīng)用中仍需根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇和配置。此外，為了保證電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，還需要采取其他措施，如散熱設(shè)計、過流過壓保護(hù)等。
最后，我們期待FS2111在未來的電源管理領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為電子工程師提供更多高效、穩(wěn)定、可靠的電源解決方案。
本文對于FS2111升壓穩(wěn)壓模塊功能進(jìn)行了初步測試。驗證了他們的工作特點。作為一般電池供電應(yīng)用來講， 這兩個芯片都可以提供3.3V至5.5V的穩(wěn)壓工作電源，具有工作效率高，具有使能開關(guān)功能。FS2111則使用電感斬波升壓，對于輸入電壓的范圍更高。FS2111 是一款高效率、低功耗、低紋波、高工作頻率的 PFM 同步升壓 DC/DC 變換器。輸出電壓可選固定輸出值，從 3.0V 至 5.0V 的固定輸出電壓.
FS2111 僅需要三個外圍元件，就可將低輸入電壓升壓到所需的工作電壓。系統(tǒng)的工作頻率高達(dá) 1.2MHz， 支持小型的外部電感器和輸出電容器， 同時又能保持超低的靜態(tài)電流，實現(xiàn)最高的效率。 |
