如何使用降压转换器创建负电压输出-电子产品世界手机版

如何使用降压转换器创建负电压输出

时间：2024-01-12来源：衡丽电子

具备恒定导通时间（COT）控制方式的转换器将高效调节与极小的瞬态响应时间和简单的设计相结合，COT转换器也可以配置在降压-升压拓扑中，允许输出负电压，本节将演示如何使用降压DC-DC输出负电压。

1.设计原理

降压拓扑通常用于将较大的总线或系统电压转换为较小的电压，使用降压转换器的优点在于，与执行相同转换的线性调节器相比，效率非常高。为了从正输入电压产生负输出电压，设计者通常会选择降压-升压拓扑结构或可能的SEPIC转换器，这两者都提供了比线性调节器高得多的合理效率，但是使用降压转换器也可以达到相同的结果，只要稍微改变同步降压转换器的节点参考，就可以创建一个负升压转换器，如图13-1所示。

图13-1：常用的同步Buck拓扑和负输出Buck拓扑

这适用于需要产生互补输出电压的应用，如音频，或需要负电压水平的工业应用，如IGBT栅极驱动器关断。在LCD显示器和嵌入式应用中也观察到了其他用途，其中一些特定应用的IC需要负电源，该电路在负输出开关调节器应用中提供了正输出降压转换器的优点。

2.设计简图

设计简图是围绕COT同步降压转换器来构建的，假定该转换器具有600Khz的固定频率，COT拓扑结构的使用允许用户开发一种非常简单的电源，而无需补偿。从内部低侧MOSFET产生电流斜坡反馈，因此所需的外部组件是功率LC滤波器、输入电容去耦和自举电容器。

图13-2：负输出Buck拓扑

电路的控制将与标准降压转换器的控制相同，然而有一个关键的区别在于，电感器的节点连接从Vout到0V的变化会导致电路电流的变化，这反过来又允许产生负输出电压，IC的0V现在变成负输出电压。

图13-3：从图13-2中得到的节点波形的模拟

MOSFET驱动波形如图13-3所示，类似于标准降压转换器，还显示了LX电压。LX波形的范围从-3.3V到+12V，当低侧MOSFET导通时，大部分幅度从-3.3V到0V，下一个轨迹表示输出电压-3.3V。

接下来可以看到电感器电流，其中心在0A附近，模拟中没有负载，接下来出现的关键波形IM1和IM2表示电路中的电流，注意，这些波形参考0V。电流通过高侧MOSFET从+V流到0V，但是电流从正流向负，因此电流在减少，如IM1轨迹所示。当M1断开而M2接通时，电流从-V流到0V，这可以从增加的电流中看出，而MOSFET M2由于0V的参考点而显示出减小的电流。为了确定占空比，保持了与降压转换器的相似性，但是现在电感器两端的电压将是Vin+|Vout|。

其余的计算结果类似于一个标准的降压转换器。

3.设计计算

该电路的总体设计规范如下：

Vin=12V，Vout=-3.3V，fsw=600kHz，Iout=3A，Vrapite=150mV，Vin_ripple=100mV。

器件感测通过低侧MOSFET的电流，因此这个信号需要相当大，以便从可能存在的任何系统噪声中明显探测到。这种方法是使用较大的纹波电流，设置为负载电流的40%，允许用户缩小电感器的尺寸。值得注意的是，在这一点上，控制器的计算相对简单，因为系统以COT拓扑运行，同时也在内部控制通过低侧MOSFET的电流，几乎没有需要设计计算的外部部件。