SEPIC、升壓、反相和反激式控制器解決了高阻抗、超長工業(yè)電源線的電壓降問題

引言

LT8710 是一款多功能 DC/DC 控制器，該器件支持升壓、SEPIC、反相或反激式配置，并且廣泛用于汽車和工業(yè)系統(tǒng)。LT8710 具備的特性使其能夠在高阻抗電源的應(yīng)用、或者必須限制輸入電流的應(yīng)用中使用。例如，工業(yè)廠房和倉庫中的長電源線增加了明顯的輸入源電阻以及從轉(zhuǎn)換器至負(fù)載的顯著電壓降。當(dāng)設(shè)備重新安置時該數(shù)值會發(fā)生變化，因而使穩(wěn)壓進(jìn)一步復(fù)雜化。太陽能電池板也具有一個高輸入阻抗，以及一個峰值功率輸出和窄電壓范圍。本設(shè)計要點以鋰離子電池充電器為例說明了 LT8710 怎樣解決高阻抗和電流受限輸入電源的問題。

電路說明和功能

圖 1 示出了一款充電器解決方案，適用于便攜式電動工具中常用的 20 V 鋰離子電池。電壓源 VSRC 為 24 V，通過一根高阻抗電源線（電阻器 RLN ），在充電器輸入端子上產(chǎn)生電壓 VIN。該電壓源可被視為一個通用型 12 V 太陽能電池板，具有 22 V 至 24 V 開路電壓和 18 V 至 19 V 最佳工作電壓。此充電器基于一種同步非耦合式 SEPIC 拓?fù)洌⑹芸赜?LT8710。功率鏈路由分立式電感器 L1、L2，晶體管 Q1、Q2，介于電感器之間的去耦電容器、和輸入 / 輸出濾波器構(gòu)成。電阻器 RSC 設(shè)定 2 A 的充電電流 ICHRG；電阻器 RV(FL) 設(shè)定 21 V 的浮動電壓。電阻分壓器 RIN1/RIN2 設(shè)定輸入電壓調(diào)節(jié)水平 (在本例中為 18.6 V)。

圖1 LT8710 鋰離子電池充電器的電原理圖 (在高阻抗輸入線路中)

圖 2 示出了該充電解決方案隨時間變化的功能狀況。當(dāng) VIN 和電源電壓 VSRC 高于 19 V 時，基于 LT8710 的 SEPIC 將鋰離子電池充電至設(shè)定的 2 A ICHRG。當(dāng) VSRC 降至 20 V 以下時，VIN 的數(shù)值也會相應(yīng)降低。當(dāng) VIN 達(dá)到輸入電壓調(diào)節(jié)水平時，LT8710 減小充電電流 ICHRG 以維持 VIN在輸入電壓調(diào)節(jié)電壓（18.6V），甚至在 VSRC 繼續(xù)下降的情況下也不例外。橫軸代表歸一化時間，其可以是“小時”(對于太陽能電池板)、或者“分鐘”或“秒”(對于復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)中的電源)。

圖2 充電電流 (ICHRG) 與電壓電源 (VSRC) 和充電器輸入端子電壓 (VIN) 的函數(shù)關(guān)系曲線圖

另一種控制轉(zhuǎn)換器輸出電流的方法是根據(jù) LT8710 的輸入即監(jiān)視從 IMON 引腳引出的電容器的電壓，選擇合適的電阻器 RSC 以在最大電流條件下提供一個接近 50 mV 的電壓。在 IMON 電容器兩端反射一個對應(yīng)電壓。如果沒有電流流動，并且 ISP 和 ISN 引腳兩端的電壓為零，則 IMON 電壓大約為 0.616 V。倘若 ISP–ISN 電壓為 50 mV，那么它將 IMON 電壓反射為 1.213 V。可采用我們的演示電路 DC2067A 和對應(yīng)的 LTspice^? 模型對該特性以及很多其他特性進(jìn)行評估。

結(jié)論

LT8710 是一款靈活的多功能控制器，可支持同步 SEPIC、升壓、和反相轉(zhuǎn)換器拓?fù)?。除了寬的輸入電壓和開關(guān)頻率范圍外，該器件還擁有先進(jìn)的特性，例如：根據(jù)輸入電流或電壓調(diào)節(jié)輸入電壓和輸出電流的能力。這些特性使 LT8710 非常適合工業(yè)、太陽能電池板系統(tǒng)和其他電流受限的應(yīng)用。

作者簡介

Victor Khasiev 是 ADI 的一名高級應(yīng)用工程師。Victor 在電力電子 (包括 AC/DC 和 DC/DC 轉(zhuǎn)換) 方面具備豐富的經(jīng)驗。他擁有兩項專利，并撰寫了多篇有關(guān) ADI 半導(dǎo)體器件應(yīng)用于汽車和工業(yè)應(yīng)用的文章。這些文章涉及升壓、降壓、SEPIC、正壓至負(fù)壓、負(fù)壓至負(fù)壓、反激式、正激式轉(zhuǎn)換器、和雙向備份電源。他的專利為高效功率因數(shù)校正解決方案和先進(jìn)柵極驅(qū)動器方面。Victor 樂于為 ADI 客戶提供支持，解答有關(guān) ADI 產(chǎn)品的問題，設(shè)計和驗證電源原理圖，排布印刷電路板，故障排查，并參與測試最終系統(tǒng)。聯(lián)系方式：victor.khasiev@analog.com。