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開關(guān)電源設計秘笈之降壓/升壓設計中降壓控制器

鉅大LARGE  |  點擊量:1214次  |  2020年05月18日  

電子電路通常都工作在正穩(wěn)壓輸出電壓下,而這些電壓一般都是由降壓穩(wěn)壓器來供應的。假如同時還要負輸出電壓,那么在降壓—升壓拓撲中就可以配置相同的降壓控制器。負輸出電壓降壓—升壓有時稱之為負反向,其工作占空比為50%,可供應相當于輸入電壓但極性相反的輸出電壓。其可以隨著輸入電壓的波動調(diào)節(jié)占空比,以“降壓”或“升壓”輸出電壓來維持穩(wěn)壓。


圖5.1顯示了一款精簡型降壓—升壓電路,以及電感上出現(xiàn)的開關(guān)電壓。這樣一來該電路與標準降壓轉(zhuǎn)換器的相似性就會頓時明朗起來。實際上,除了輸出電壓和接地相反以外,它和降壓轉(zhuǎn)換器完全相同。這種布局也可用于同步降壓轉(zhuǎn)換器。這就是與降壓或同步降壓轉(zhuǎn)換器端相類似的地方,因為該電路的運行與降壓轉(zhuǎn)換器不同。


FET開關(guān)時出現(xiàn)在電感上的電壓不同于降壓轉(zhuǎn)換器的電壓。正如在降壓轉(zhuǎn)換器中相同,平衡伏特-微秒(V-μs)乘積以防止電感飽和是非常必要的。當FET為開啟時(如圖1所示的ton間隔),全部輸入電壓被施加至電感。這種電感“點”側(cè)上的正電壓會引起電流斜坡上升,這就帶來電感的開啟時間V-μs乘積。FET關(guān)閉(toff)期間,電感的電壓極性必須倒轉(zhuǎn)以維持電流,從而拉動點側(cè)為負極。電感電流斜坡下降,并流經(jīng)負載和輸出電容,再經(jīng)二極管返回。電感關(guān)閉時V-μs乘積必須等于開啟時V-μs乘積。由于Vin和Vout不變,因此很容易便可得出占空比(D)的表達式:D=Vout/(Vout"Vin)。這種控制電路通過計算出正確的占空比來維持輸出電壓穩(wěn)壓。


降壓—升壓電感必須工作在比輸出負載電流更高的電流下。其被含義為IL=I/(1-D),或只是輸入電流與輸出電流相加。關(guān)于和輸入電壓大小相等的負輸出電壓(D=0.5)而言,平均電感電流為輸出的2倍。


有趣的是,連接輸入電容返回端的方法有兩種,其會影響輸出電容的rms電流。典型的電容布局是在+Vin和Gnd之間,與之相反,輸入電容可以連接在+Vin和"V之間。利用這種輸入電容配置可降低輸出電容的rms電流。然而,由于輸入電容連接至"Vout,因此"Vout上便形成了一個電容性分壓器。這就在控制器開始起用途以前,在開啟時間的輸出上形成一個正峰值。為了最小化這種影響,最佳的方法通常是使用一個比輸出電容要小得多的輸入電容,請參見圖5.2所示的電路。輸入電容的電流在供應dc輸出電流和吸收平均輸入電流之間相互交替。rms電流電平在最高輸入電流的低輸入電壓時最差。因此,選擇電容器時要多加注意,不要讓其ESR過高。陶瓷或聚合物電容器通常是這種拓撲較為合適的選擇。


必須要選擇一個能夠以最小輸入電壓減去二極管壓降上電的控制器,而且在運行期間還必須能夠承受得住Vin加Vout的電壓。FET和二極管還必須具有適用于這一電壓范圍的額定值。通過連接輸出接地的反饋電阻器可實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié),這是由于控制器以負輸出電壓為參考電壓。只需精心選取少量組件的值,并稍稍改動電路,降壓控制器便可在負輸出降壓—升壓拓撲中起到雙重用途。


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