負輸入電壓的平行域

1、負輸入電壓的“平行域”非隔離正輸入拓撲具有一些可用于負輸入電壓的鏡像拓撲，但是要特別注意控制器的選擇以及偏置電源和反饋的實施。當今消費類電子產(chǎn)品中使用了大量的開關 DC/DC 電源。大多數(shù)應用都使用了一種提供正 DC 電壓的輸入源，該電壓以系統(tǒng)接地為參考。這些電源通常包括電池、墻上適配器或穩(wěn)壓 AC 電源。眾所周知的一些拓撲結(jié)構(gòu)（例如：降壓拓撲、升壓拓撲、反相降壓升壓拓撲和單端一次側(cè)電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC) 等）通常被用于從一個未穩(wěn)壓 DC 電源獲得穩(wěn)定的電壓。這些常見拓撲結(jié)構(gòu)可將正輸入電壓轉(zhuǎn)換為正輸出電壓或負輸出電壓。當必須將負輸入電壓用作 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸入源時困難就出現(xiàn)了。諸如反

2、向或正向的變壓器隔離拓撲結(jié)構(gòu)可以被用于負輸入電壓。但是，變壓器隔離拓撲往往會比非隔離拓撲要大。另外，此類變壓器幾乎都是一些采購周期長、成本較高的定制器件。幸運的是常用非隔離正輸入拓撲都擁有可以被用于負輸入電壓的鏡像拓撲。圖 1 幫助我們形象化了拓撲的選擇過程。在該圖中，我們根據(jù)輸入電壓繪制出了相應的輸出電壓，用虛線畫出的對角線表明輸入電壓和輸出電壓相等。右半邊代表類似的正輸入拓撲，左半邊則代表較少見的負輸入拓撲。這些轉(zhuǎn)換器之間的許多相似之處顯示其看起來像一個負輸入電壓的平行域。圖1降壓拓撲降壓轉(zhuǎn)換器是所有電力電子課程教授的第一種開關模式拓撲，然而在繪制一個負輸入降壓拓撲時大多數(shù)設計人員還是會猶

3、豫不決。正如與其相對的正輸入降壓拓撲一樣，負輸入降壓拓撲具有一個始終比輸出要大的輸入。圖 2 顯示了這兩種拓撲的簡化示意圖。二者都使用了相同的電源組件，只是其相對于接地的位置有所不同。實施負輸入降壓拓撲的一些難點包括控制器偏置、輸出反饋和驅(qū)動電源開關。圖2圖 3 顯示的是一款負輸入降壓的有效實施。本例中，控制器直接從負輸入軌獲得電源，同時系統(tǒng)接地將為控制器的 VCC 提供電力。應該多加注意以確保輸入電壓永遠不會超出控制器的最大額定值 VCC?？刂齐娐窌?qū)動一個 N 通道MOSFET，因為該控制器具有與 FET 源相同的接地參考電壓。另外，開關電流在 FET 電源線內(nèi)可以被檢測到，從而輕松實施電

4、流模式控制。與正輸入降壓拓撲不同，輸出電壓并不像控制電路那樣共享同一個接地，這樣反饋電路就稍顯復雜了一些，并且要求一個電平變換電路。為了保持輸出電壓的穩(wěn)定，TLV431 將電流吸至其負極，從而迫使電流流入 R10。這樣便可提供輸出穩(wěn)壓所需但需變換至控制器接地參考電壓的反饋電壓。圖3升壓拓撲升壓轉(zhuǎn)換器可以被看作是降壓轉(zhuǎn)換器的相反面，其升高而非降低輸入電壓的輸出電壓。圖 4 所示簡化電路表明了正輸入升壓與負輸入升壓之間的一些相似性。圖4兩者之間的功能形成互補，特別是通過電感及二極管的輸入和輸出之間的 DC 路徑。輸入到輸出的“非開關”路徑為電流始終流至輸出提供了一條路徑。這樣，在轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換以前

5、，輸出電壓保持極為接近于輸入電壓。這就使升壓控制器能夠被輸出電壓偏置，所圖 5 所示?？刂破鞅仨氁幸粋€略低于最小輸入電壓的開啟電壓閾值，同時還必須能夠承受得住經(jīng)過升壓的輸出電壓。正輸入升壓的 N 通道電源開關變?yōu)樨撦斎肷龎褐械囊粋€ P 通道 FET。可以使用一個 N 通道 FET，但是它會要求一個電平變換驅(qū)動器（例如：柵極驅(qū)動變壓器），從而增加成本和復雜程度。圖 5 使用了 TPS40200 控制器，其可直接驅(qū)動 P 通道 FET。控制器直接檢測輸出電壓，因此反饋較為簡單。由于控制器以輸出接地作為參考，接地電平變換電路并非是必需的。連接控制器的另一種方法是將其偏置于輸入電壓而非輸出。這要求一

6、個與降壓轉(zhuǎn)換器中所用的相似的電平變換反饋。圖5降壓升壓拓撲反相降壓升壓電路提供了一個與輸入電壓極性相反的輸出電壓。大多數(shù)反相降壓升壓轉(zhuǎn)換都會從正輸入端獲得一個負輸出電壓。圖 6 顯示了如何從一個負輸入端獲得一個正輸出。與大多數(shù)負輸入拓撲一樣，這種控制電路的接地和 FET 驅(qū)動結(jié)構(gòu)并不總是那么簡單明了。圖6圖 7 顯示的是一種實用的有效實施。該控制器布局與負輸入降壓轉(zhuǎn)換器相類似。圖 7 所示電平變換電路必須能夠在一個較大（相對于降壓）電位上轉(zhuǎn)換反饋。Q1 必須具有一個集電極發(fā)射極電壓額定值，其值約等于輸入電壓加輸出電壓。在一些諸如要求更多正電壓的負輸入遠距離通信應用中，這種電路非常有用。圖7SEPIC 及其他拓撲無論輸入大于還是小于輸出，SEPIC轉(zhuǎn)換器都可提供穩(wěn)定的輸出。它同時結(jié)合