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户外电源双向同步升降压如何实现高效充放电？
发布时间：2024-11-02 09:00:01 浏览：298次
目前，市面上很多大功率户外电源均采用双向同步升降压芯片来取代以往升压、降压电路分离的设计。升降压英文名称为Buck-Boost，顾名思义既可升压又可降压。双向同步升降压芯片可以在输入电压低于、等于或高于所需电压时进行自动升降压，助力产品实现双向流动，既可以从电池输出，也可以实现电池充电。这使得户外电源可以在不同场景下灵活使用,既可以为设备供电,也可以给电池充电。双向升降压电路的加入，能够让输出电压保持恒定，实现电压的范围输出，来满足户外电源的充放电需求。
升压芯片的工作原理基于电感和电容的存储能量特性，通常基于脉宽调制(PWM)技术。其主要组成部分包括输入滤波电容、续流二极管、升压电感、开关管、输出滤波电容等。
在升压芯片中，输入电压经过滤波电容后，被输入到开关管控制端。当开关管处于导通状态时，电感中的电流增加，通过负载电路，从而使电荷能量储存到电容器中。当开关管处于关闭状态时，由于电感中的电流在短时间内不能瞬间消失，因此它会产生一个电感电动势，在电容器上加上一个高电压，从而使输出电压变高。
在应用中，升压芯片需要根据负载电路的需求，选择合适的电感和电容等元器件，以达到所需要的升压倍数和输出电压。
双向同步升降压芯片在户外电源中的应用
充电头网整理最近一段时间的拆解案例时，发现有多款户外电源内置双向同步升降压芯片，以实现更高的转换效率，降低准换时带来的能源损耗。文中出现的数款双向升降压芯片部分参数如图所示，下文小编将为你详细介绍。
南芯科技SC8802
南芯科技SC8802是一颗40V双向同步4管双向升降压充放电控制器。不管输入电压是低于，高于或者等于电池组电压，它都可以对电池组实现充电管理。当系统需要从电池组放电时，SC8802 能够反向输出所需电压，同样可输出低于，高于或者等于电池组电压值，可用于户外电源内置电池充电以及输出，采用QFN-32封装。
应用案例
光宇330W便携户外电源
光宇这款户外电源内置288.6Wh锂电池，逆变支持330W输出功率，并支持PD快充输出和无线充电功能，还支持DC接口输出和点烟器输出，多种供电方式满足户外用电需求。此外这款户外电源还采用外置充电器设计，减轻重量，对于短途出行携带来说非常方便。
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拆解报告：COSLIGHT光宇330W便携户外电源
南芯科技SC8815
南芯科技SC8815是一颗集成了I2C接口的双向同步升降压控制器，支持2.5-36V输入和输出电压范围，耐压40V，支持为电池充电，其中电池充电电流和电压，反向放电输出电压，输入输出电流限制均可由I2C总线控制，芯片具备欠压保护、过压保护和过流保护，并且支持短路保护和过热关断保护，在户外电源中可用于USB-C口快充输入/输出，采用QFN-32封装。
应用案例
储比特 1200W 便携式户外电源A1000
储比特A1000户外电源内置1021Wh刀片动力电池，内置的逆变器支持1200W输出功率，峰值输出功率为2400W。户外电源支持太阳能板充电，USB-C充电和适配器充电。USB-C接口支持100W双向充电，USB-A口支持18W快充，满足手机和笔记本电脑充电使用。
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大疆512Wh 1000W户外电源POWER 500
DJI POWER 500户外电源采用低调的灰黑色壳体，配合单侧提手，日常携带收纳方便。在户外电源侧面设有显示面板和连接接口，机身两面设有排风口配合风扇为逆变�？樯⑷�。户外电源内置512Wh磷酸铁锂电池，双向逆变�？橹С�1000W输出功率，USB-C接口支持100W充放电，SDC接口支持300W充电。
制作大功率 Boost 升压电源是一项充满挑战的任务，但也是一次非常有成就感的经历。在这个过程中，我深刻体会到了理论与实践的差距，以及耐心和细致的重要性。
首先，设计阶段需要充分考虑各种因素，如输入电压范围、输出电压需求、电流负载能力，器件选型等。这需要对电路原理有深入的理解，并进行精确的计算和模拟。
在实际制作过程中，遇到了一些意想不到的问题，如电路的设计功率不足、散热问题等。通过不断地调试和改进，才能逐渐找到了问题所在，这让我明白了实践出真知的道理。
下面这次制作是通过设计一款DC-DC转换电路，FP5207是异步升压控制IC，透过EXT Pin控制外部NMOS，输入低启动电压2.8V与宽工作电压5V~24V，单节锂电池3V~4.2V应用，将Vout接到HVDD Pin;精准的反馈电压1.2V，内置软启动，工作频率由外部电阻调整;过电流保护，检测电感峰值电流,检测电阻Rcs接在CS与GND之间。
一、准备电子元器件
BOM表
电子元器件的选择不是只需要确定一个值就可以了，还要确定这个器件在电路中担任的是什么角色。比如同样是电阻R1、R2、R6、R7的阻值精度就要求高一些，R1，R2是作为启动电压限制电阻，确保电路在电压过低时电路不启动，以保护电路;而R6、R7作为反馈采样电阻，精度越高反馈越精准，输出电压的误差才越低。所以器件的选型也是一个不可忽视的重要工作，尤其关于器件耐压，功率限制等等。
二、设计要求
这次所用的电路结构是升压(BOOST)结构，就是把电压提高到需要的电压，比如电瓶的电压是12V的，当一个设备是电池供电，需要一个或多个电压，可以比电池电压高也可以比电池电压低，这时候就需要电路进行电压转换。把12V电压升高或者降低到需要的电压，当然这种方法有很多，电路结构也很多。
这次我们做一个升压电路，主要是锻炼我们的动手能力。
输入电压：15-24V
输出电压：60V
最大输出电流：4A
最大输出功率：240W
三、根据图纸焊接
根据电路进行PCB布板，因为功率比较大对PCB布板的要求也比较高，不建议使用洞洞板进行焊接。
根据图纸把元器件做一个大概的布局，一定要合理布局，画PCB电路板，合理布局可以避免非常多的问题。第一次布局也不用要求太完美，尽可能的布局合理就行，飞几根线是没问题的，包括做产品也是，一定要先实现功能，先期不要把不重要的工作耽误太多的时间。
这里布局有一个大概的思路，确定电源输入输出端，先大概布局电流回路，尽量缩短电流回路，之后芯片的地线作为电路的基准要靠近电流回路的地线，升压电路尤其要注意输出电容的地线要靠近芯片的地线避免干扰。功率MOS管和整流二极管会发热，一定要加散热片，把散热片的位置预留出来。
四、通电测试
在焊接完成后，一定要检查好输入输出电路是否有短路，观察板子有没有焊锡渣。
在不熟悉电路时，要单独测试电路，不要一开始就整机调试，具体方法是，稳压电源调到15V，电路图中的电阻R10断开，输入端接上稳压电源，这时用万用表测量1脚电压，如果有8V电压，说明芯片内部基准电路工作了，测试3脚补偿脚电压应该为1.2V左右,8脚是脉冲输出，万用表测不到，要用示波器观察，如果没有示波器，就不用测试驱动波形了。
7脚通过电阻连接到电源输入端，此处芯片没有做稳压电路，直接用的电源电压15V，只要不超过24V，实验是没有问题的，如果要想稳定，可以使用三极管稳压电路，将超过20V的电压稳定在20V对芯片供电，对电源电压的波动会好一点，现在没有采用三极管稳压电路，只是为了实验，没有做极端测试。
FS2111 DC-DC Boost升压芯片在输入3V、0.6A的条件下，能够稳定地将输出电压提升至3.3V、500mA，表现出良好的升压能力和输出性能。同时，其在不同负载条件下的稳定性和可靠性也令人满意。因此，我们推荐在实际应用中使用FS2111作为电源管理方案的一部分。
需要注意的是，虽然FS2111在本次测试中表现出色，但在实际应用中仍需根据具体需求进行选择和配置。此外，为了保证电源系统的稳定性和可靠性，还需要采取其他措施，如散热设计、过流过压保护等。
最后，我们期待FS2111在未来的电源管理领域发挥更大的作用，为电子工程师提供更多高效、稳定、可靠的电源解决方案。
本文对于FS2111升压稳压模块功能进行了初步测试。验证了他们的工作特点。作为一般电池供电应用来讲， 这两个芯片都可以提供3.3V至5.5V的稳压工作电源，具有工作效率高，具有使能开关功能。FS2111则使用电感斩波升压，对于输入电压的范围更高。FS2111 是一款高效率、低功耗、低纹波、高工作频率的 PFM 同步升压 DC/DC 变换器。输出电压可选固定输出值，从 3.0V 至 5.0V 的固定输出电压.
FS2111 仅需要三个外围元件，就可将低输入电压升压到所需的工作电压。系统的工作频率高达 1.2MHz， 支持小型的外部电感器和输出电容器， 同时又能保持超低的静态电流，实现最高的效率。
升压芯片的工作原理基于电感和电容的存储能量特性，通常基于脉宽调制(PWM)技术。其主要组成部分包括输入滤波电容、续流二极管、升压电感、开关管、输出滤波电容等。
在升压芯片中，输入电压经过滤波电容后，被输入到开关管控制端。当开关管处于导通状态时，电感中的电流增加，通过负载电路，从而使电荷能量储存到电容器中。当开关管处于关闭状态时，由于电感中的电流在短时间内不能瞬间消失，因此它会产生一个电感电动势，在电容器上加上一个高电压，从而使输出电压变高。
在应用中，升压芯片需要根据负载电路的需求，选择合适的电感和电容等元器件，以达到所需要的升压倍数和输出电压。
双向同步升降压芯片在户外电源中的应用
充电头网整理最近一段时间的拆解案例时，发现有多款户外电源内置双向同步升降压芯片，以实现更高的转换效率，降低准换时带来的能源损耗。文中出现的数款双向升降压芯片部分参数如图所示，下文小编将为你详细介绍。
南芯科技SC8802
南芯科技SC8802是一颗40V双向同步4管双向升降压充放电控制器。不管输入电压是低于，高于或者等于电池组电压，它都可以对电池组实现充电管理。当系统需要从电池组放电时，SC8802 能够反向输出所需电压，同样可输出低于，高于或者等于电池组电压值，可用于户外电源内置电池充电以及输出，采用QFN-32封装。
应用案例
光宇330W便携户外电源
光宇这款户外电源内置288.6Wh锂电池，逆变支持330W输出功率，并支持PD快充输出和无线充电功能，还支持DC接口输出和点烟器输出，多种供电方式满足户外用电需求。此外这款户外电源还采用外置充电器设计，减轻重量，对于短途出行携带来说非常方便。
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南芯科技SC8815
南芯科技SC8815是一颗集成了I2C接口的双向同步升降压控制器，支持2.5-36V输入和输出电压范围，耐压40V，支持为电池充电，其中电池充电电流和电压，反向放电输出电压，输入输出电流限制均可由I2C总线控制，芯片具备欠压保护、过压保护和过流保护，并且支持短路保护和过热关断保护，在户外电源中可用于USB-C口快充输入/输出，采用QFN-32封装。
应用案例
储比特 1200W 便携式户外电源A1000
储比特A1000户外电源内置1021Wh刀片动力电池，内置的逆变器支持1200W输出功率，峰值输出功率为2400W。户外电源支持太阳能板充电，USB-C充电和适配器充电。USB-C接口支持100W双向充电，USB-A口支持18W快充，满足手机和笔记本电脑充电使用。
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制作大功率 Boost 升压电源是一项充满挑战的任务，但也是一次非常有成就感的经历。在这个过程中，我深刻体会到了理论与实践的差距，以及耐心和细致的重要性。
首先，设计阶段需要充分考虑各种因素，如输入电压范围、输出电压需求、电流负载能力，器件选型等。这需要对电路原理有深入的理解，并进行精确的计算和模拟。
在实际制作过程中，遇到了一些意想不到的问题，如电路的设计功率不足、散热问题等。通过不断地调试和改进，才能逐渐找到了问题所在，这让我明白了实践出真知的道理。
下面这次制作是通过设计一款DC-DC转换电路，FP5207是异步升压控制IC，透过EXT Pin控制外部NMOS，输入低启动电压2.8V与宽工作电压5V~24V，单节锂电池3V~4.2V应用，将Vout接到HVDD Pin;精准的反馈电压1.2V，内置软启动，工作频率由外部电阻调整;过电流保护，检测电感峰值电流,检测电阻Rcs接在CS与GND之间。
一、准备电子元器件
BOM表
电子元器件的选择不是只需要确定一个值就可以了，还要确定这个器件在电路中担任的是什么角色。比如同样是电阻R1、R2、R6、R7的阻值精度就要求高一些，R1，R2是作为启动电压限制电阻，确保电路在电压过低时电路不启动，以保护电路;而R6、R7作为反馈采样电阻，精度越高反馈越精准，输出电压的误差才越低。所以器件的选型也是一个不可忽视的重要工作，尤其关于器件耐压，功率限制等等。
二、设计要求
这次所用的电路结构是升压(BOOST)结构，就是把电压提高到需要的电压，比如电瓶的电压是12V的，当一个设备是电池供电，需要一个或多个电压，可以比电池电压高也可以比电池电压低，这时候就需要电路进行电压转换。把12V电压升高或者降低到需要的电压，当然这种方法有很多，电路结构也很多。
这次我们做一个升压电路，主要是锻炼我们的动手能力。
输入电压：15-24V
输出电压：60V
最大输出电流：4A
最大输出功率：240W
三、根据图纸焊接
根据电路进行PCB布板，因为功率比较大对PCB布板的要求也比较高，不建议使用洞洞板进行焊接。
根据图纸把元器件做一个大概的布局，一定要合理布局，画PCB电路板，合理布局可以避免非常多的问题。第一次布局也不用要求太完美，尽可能的布局合理就行，飞几根线是没问题的，包括做产品也是，一定要先实现功能，先期不要把不重要的工作耽误太多的时间。
这里布局有一个大概的思路，确定电源输入输出端，先大概布局电流回路，尽量缩短电流回路，之后芯片的地线作为电路的基准要靠近电流回路的地线，升压电路尤其要注意输出电容的地线要靠近芯片的地线避免干扰。功率MOS管和整流二极管会发热，一定要加散热片，把散热片的位置预留出来。
四、通电测试
在焊接完成后，一定要检查好输入输出电路是否有短路，观察板子有没有焊锡渣。
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7脚通过电阻连接到电源输入端，此处芯片没有做稳压电路，直接用的电源电压15V，只要不超过24V，实验是没有问题的，如果要想稳定，可以使用三极管稳压电路，将超过20V的电压稳定在20V对芯片供电，对电源电压的波动会好一点，现在没有采用三极管稳压电路，只是为了实验，没有做极端测试。
FS2111 DC-DC Boost升压芯片在输入3V、0.6A的条件下，能够稳定地将输出电压提升至3.3V、500mA，表现出良好的升压能力和输出性能。同时，其在不同负载条件下的稳定性和可靠性也令人满意。因此，我们推荐在实际应用中使用FS2111作为电源管理方案的一部分。
需要注意的是，虽然FS2111在本次测试中表现出色，但在实际应用中仍需根据具体需求进行选择和配置。此外，为了保证电源系统的稳定性和可靠性，还需要采取其他措施，如散热设计、过流过压保护等。
最后，我们期待FS2111在未来的电源管理领域发挥更大的作用，为电子工程师提供更多高效、稳定、可靠的电源解决方案。
本文对于FS2111升压稳压模块功能进行了初步测试。验证了他们的工作特点。作为一般电池供电应用来讲， 这两个芯片都可以提供3.3V至5.5V的稳压工作电源，具有工作效率高，具有使能开关功能。FS2111则使用电感斩波升压，对于输入电压的范围更高。FS2111 是一款高效率、低功耗、低纹波、高工作频率的 PFM 同步升压 DC/DC 变换器。输出电压可选固定输出值，从 3.0V 至 5.0V 的固定输出电压.
FS2111 仅需要三个外围元件，就可将低输入电压升压到所需的工作电压。系统的工作频率高达 1.2MHz， 支持小型的外部电感器和输出电容器， 同时又能保持超低的静态电流，实现最高的效率。
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