大功率自动升降压模块-SC8701

1.设计初衷

由于一次意外停电导致的数据丢失，我萌生了添置一台UPS的想法。由于市面上大功率的UPS几乎都是AC220V的，而12V的UPS则又是容量、功率小的可怜，使用的还是不适合长期储能、安全性较差的三元锂电池。于是我决定了要设计一个基于磷酸铁锂电池，输出DC12V的大功率UPS。本项目则是UPS的中间组件，以期还可以复用到其他项目中。
后来我觉得我需要的大功率场景是伪命题：

• 我的小主机峰值功率也超不过60W，使用大功率UPS在低负载情况效率堪忧，且电路体积占比太大；
• 超过300W设备的还不如画个交流UPS
  以上皆是废话。但既然资料查了，芯片买了，那就没有半途而废的道理，所以就有了这个开源项目。

2.介绍

两块板子的大小都是86mm*54mm,3mm圆角，1.6mm板厚。是常见的身份证、银行卡大小。

（1）功率板

功率板需要使用铝基板，利用铝基板的高导热性将工作时MOS管产生的热量均匀分散，使用空气冷却或贴壁冷却即可散热。板子上预留了0603的NTC电阻位，可以用于温度检测。

使用的元件：

• 功率电感：1770功率电感，请依据使用场景确定电感值和饱和电流
• MOS管：DFN5x6封装，注意Qg不要太大（CJAC80SN10）
• 检流电阻：2512采样电阻，其阻值需与匹配电阻一同修改（5mΩ）
• MLCC：1206（50V，10uF）
• 贴片电解电容：BD10封装，可以选BD8封装（50V，220uF）
• 接线柱：5mm*5mm贴片接线柱
• 栅极电阻：0603
• 螺丝孔：M3
  注意：板间连接器是2mmPINGO探针，但是由于PINGO探针确实贵，用在，所以我推荐大家购买2.54mm间距圆排母，斜口钳剪除注塑部分就获得了一个好用的连接器，可公可母。

（2）驱动板

驱动板是双层板设计，预留了电容和电感开槽：

1. 驱动板不分正反，贴片元件全在同一面，驱动板反装可以隐藏元件；
2. 由于PWM调节电压范围为[1/6,1]倍的Vset，为了扩大电压覆盖范围，可使用引出的SW引脚控制MOS管通断切换大小量程；
3. NTC引脚可贴片焊接圆排母继续向上引出；
4. 通过改变电阻位置可以选择限流方案（最多支持一路PWM调节）；
   
   使用的元件：

• 芯片：SC8701，QFN4*4封装
• 阻容元件：0603
• 肖特基二极管：SOD-323封装（1N5819）
• 引出排针：2*6排针，间距2.54mm
• N-MOS：SOT-23封装（AO3400）

3.元件参数计算参考

具体请看芯片手册：

1. 输出电压（PWM占空比100%时）：FB参考电压1.22V
2. 输出电流：1.22kV/R，（R为限流设置电阻）
3. 自举电容：0.1uF
4. 输入、输出电容：1uF
5. VCC栅极驱动电容：1uF
6. 电流采样匹配电路：47pF,电阻：100000*电流采样电阻阻值（500Ω@5mΩ）
7. 更多请看手册（附件）
   注意：原理图中并未指定元器件的参数，故如需SMT，请修改为所需的参数

4.测试视频

恒压、恒流和短路测试-B站
控制功能和大电流测试-B站

5.物料成本参考

主要物料成本如下：

物料	数量	购买价（单个）
1770功率电感	1	3.6
功率MOS管	4	2.4
5x5贴片接线柱	4	0.2
SC8701	1	2.96
1206电容	10	0.2
BD10电容	6	1.3
2512电阻	2	0.45
其他物料成本不超过2元，预计成本（不包括PCB）不超过30元