開關(guān)電源設(shè)計秘笈之降壓/升壓設(shè)計中降壓控制器

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)壓器來提供的。如果同時還需要負(fù)輸出電壓，那么在降壓—升壓拓?fù)渲芯涂梢耘渲孟嗤慕祲?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/控制器">控制器。負(fù)輸出電壓降壓—升壓有時稱之為負(fù)反向，其工作占空比為50%，可提供相當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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)換器完全一樣。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(yùn)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)換器中一樣，平衡伏特-微秒(V-μs)乘積以防止電感飽和是非常必要的。當(dāng) 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(diǎn)”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(diǎn)側(cè)為負(fù)極。電感電流斜坡下降，并流經(jīng)負(fù)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(dá)式：D=Vout/(VoutVin)。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(fù)載電流更高的電流下。其被定義為IL=I/(1-D)，或只是輸入電流與輸出電流相加。對于和輸入電壓大小相等的負(fù)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作用以前，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。輸入電容的電流在提供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?fù)漭^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(yùn)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(fù)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(fù)輸出降壓—升壓拓?fù)渲衅鸬诫p重作用。