4. Buck-Boost升降压模块

模块描述

Buck-Boost升降压变换器可实现输入输出电压任意转换,输出既可高于也可低于输入电压。采用LT8710、TPS63000等芯片,输入范围宽(如2.5V-38V),输出可调,自动切换升压降压模式。特别适合电池供电(电压波动大)、汽车电子、新能源等应用。在电赛中用于宽范围电源适配、电池全程供电等场合。

工作原理

反激式Buck-Boost拓扑:
[Vin] → [开关Q1] → [电感L] → [开关Q2] → [GND]
                       ↓
                  [输出电容C] → [Vout]

工作模式:
Buck模式 (Vin>Vout): Q1 PWM开关,Q2同步整流
Boost模式 (Vin<Vout): Q2 PWM开关,Q1同步整流
Buck-Boost模式 (Vin≈Vout): 两者混合

输出电压:独立于输入,由反馈环路控制

技术指标

- 芯片型号: TPS63000 (2.4MHz, 1.2A), LT8710 (250kHz-2MHz, 5A) - 输入电压: 1.8V-5.5V (TPS63000), 2.8V-38V (LT8710) - 输出电压: 1.2V-5.5V (TPS63000), 1.3V-37V (LT8710) - 输出电流: 1.2A (TPS63000), 5A (LT8710) - 效率: 最高96% (TPS63000), 95% (LT8710) - 开关频率: 2.4MHz (TPS63000), 250kHz-2MHz可调 - 静态电流: 50μA (省电模式) - 保护: 过流、过温、UVLO、输出过压

接口管脚定义

TPS63000 (VQFN-10):

管脚 名称 功能 说明
————————
1 PGND 功率地 大电流地
2 L1 电感端1 连接电感
3 L2 电感端2 连接电感
4 VOUT 输出 输出电压
5 FB 反馈 500mV基准
6 EN 使能 启动控制
7 PS/SYNC 模式选择 省电/PWM/同步
8 AGND 信号地 模拟地
9 VIN 输入 1.8-5.5V
10 PAD 散热焊盘 接PGND

板上设置和信号指示

- 输入电容: 10μF陶瓷电容(X7R或X5R) - 电感: 2.2μH (TPS63000), 4.7μH (LT8710),低DCR - 输出电容: 22μF陶瓷电容 - 反馈网络: 精密分压电阻(0.1%精度推荐) - 模式选择: PS/SYNC引脚配置工作模式 - EN控制: 使能开关或电压检测 - LED指示: 输入输出状态指示 - 测试点: 电压电流波形测试点

电气指标

- 输入范围: 1.8V-5.5V (宽范围版本2.5V-18V) - 输出范围: 可调1.2V-5.5V (或更高) - 输出电流:

  1. 1.2A@Vout=3.3V (Vin=2.5V-5V)
  2. 降额使用于大压差场合

- 效率:

  1. 3.6V→3.3V@500mA: 96%
  2. 5V→3.3V@1A: 94%
  3. 2.5V→3.3V@800mA: 93%

- 纹波: <20mV (陶瓷电容) - 启动时间: <1ms - 负载调整率: ±1.5% - 温升: 典型10-20°C@1A

使用说明

1. 电感选择: 推荐值2.2μH,饱和电流>2×Iout(max) 2. 电容选择: 陶瓷电容优于电解电容(低ESR) 3. 输出设置: Vout = 0.5V × (1 + R1/R2) 4. 模式选择:

  1. PS/SYNC悬空:自动省电模式(轻载高效)
  2. PS/SYNC接GND:强制PWM模式(低纹波)
  3. PS/SYNC接时钟:同步模式(多模块同步)

5. PCB布局: 输入输出电容靠近芯片,L1/L2走线粗短 6. 热管理: VQFN封装底部焊盘需良好接地散热 7. 启动顺序: EN脚控制上电时序 8. 浪涌保护: 输入端加TVS管保护

全国大学生电子设计竞赛相关赛题

- 2021年: 宽范围电源适配器 - 2019年A题: 电动小车动态无线充电(电压波动大) - 2017年A题: 微电网模拟系统(双向变换) - 2015年: 电池供电全程稳压 - 未来趋势: 新能源、储能、电动车相关题目

应用技术要点总结

1. 模式切换: 自动无缝切换Buck/Boost,输出稳定 2. 电池应用: 适合锂电池3.0V-4.2V全程供电 3. 高效轻载: 省电模式下轻载效率高 4. 输出隔离: 输出与输入共地,非隔离拓扑 5. 电流能力: 注意Vin/Vout比值对输出电流的影响 6. EMI优化: 高频开关需注意EMI,加共模电感 7. 双向变换: 部分芯片支持双向功率流 8. 并联均流: 多模块并联需同步和均流控制