降压—升压设计中降压控制器的使用

降压—升压设计中降压控制器的使用

通常都工作在正稳压输出 电压下，而这些电压一般都是由降压稳压器来提供的。如果同时还需要负输出电压， 那么在降压—升压拓扑中就可以配臵相 同的降压控制器。负输出电压降压—升压 有时称之为负反向，其工作占空比为 50%， 可提供相当于输入电压但极性相反的输 出电压。其可以随着输入电压的波动调节 占空比，以“降压” 或“升压” 输出电压 来维持稳压。

图 1 显示了一款精简型降压—升压 电路，以及电感上出现的电压。这样 一来该电路与标准降压转换器的相似性 就会顿时明朗起来。实际上，除了输出电 压和接地相反以外，它和降压转换器完全 一样。这种布局也可用于同步降压转换器。 这就是与降压或同步降压转换器端相类 似的地方，因为该电路的运行与降压转换 器不同。

FET 时出现在电感上的电压不同 于降压转换器的电压。正如在降压转换器 中一样，平衡伏特-微秒 (V-μs) 乘积以防 止电感饱和是非常必要的。当 FET 为开 启时(如图 1 所示的 ton 间隔)，全部输 入电压被施加至电感。这种电感“点” 侧 上的正电压会引起电流斜坡上升，这就带 来电感的开启时间 V-μs 乘积。 FET 关闭 (toff) 期间，电感的电压极性必须倒转以 维持电流，从而拉动点侧为负极。电感电 流斜坡下降，并流经负载和输出电容，再 经二极管返回。电感关闭时 V-μs 乘积必 须等于开启时 V-μs 乘积。由于 Vin 和 Vout 不变，因此很容易便可得出占空比 (D) 的表达式： D=Vout/(Vout " Vin)。 这种控制电路通过计算出正确的占空比 来维持输出电压稳压。上述表达式和图 1 所示波形均假设运行在连续导电模式下。

图 1 降压—升压电感要求平衡其伏特-微秒乘积

降压—升压电感必须工作在比输出 负载电流更高的电流下。其被定义为 IL = I/(1-D)，或只是输入电 流与输出电流相加。对于和输入电压大小 相等的负输出电压(D = 0.5)而言，平均电 感电流为输出的 2 倍。

有趣的是，连接输入电容返回端的方 法有两种，其会影响输出电容的 rms 电 流。典型的电容布局是在 +Vin 和 Gnd 之间，与之相反，输入电容可以连接在 +Vin 和 "V之间。利用 这种输入电容配臵可降低输出电容的 rms 电流。然而，由于输入电容连接至 "Vout， 因此 "Vout 上便形成了一个电容性分压 器。这就在控制器开始起作用以前，在开 启时间的输出上形成一个正峰值。为了最 小化这种影响，******的方法通常是使用一 个比输出电容要小得多的输入电容，请参 见图 2 所示的电路。输入电容的电流在 提供 dc 输出电流和吸收平均输入电流 之间相互交替。 rms 电流电平在******输入 电流的低输入电压时最差。因此，选择电 容器时要多加注意，不要让其 ESR 过高。 陶瓷或聚合物电容器通常是这种拓扑较 为合适的选择。

图 2 降压控制器在降压—升压中的双重作用 必须要选择一个能够以最小输入电 压减去二极管压降上电的控制器，而且在 运行期间还必须能够承受得住 Vin 加 Vout 的电压。 FET 和二极管还必须具有 适用于这一电压范围的额定值。通过连接 输出接地的反馈电阻器可实现对输出电 压的调节，这是由于控制器以负输出电压 为参考电压。只需精心选取少量组件的值， 并稍稍改动电路，降压控制器便可在负输 出降压—升压拓扑中起到双重作用。

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