雙相可轉(zhuǎn)換升/降壓電源電路

同步降壓控制器大部分常規(guī)應(yīng)用為將一正電壓高效轉(zhuǎn)換為一較低的正電壓。但它也可以由一正電壓產(chǎn)生負(fù)電壓。在負(fù)電壓輸出的應(yīng)用中，降壓控制器可配置為可轉(zhuǎn)換降/升壓裝置，其負(fù)輸出電壓的絕對(duì)值即可以比高于也可以低于其負(fù)輸入電壓。

要使降壓轉(zhuǎn)換器變成一個(gè)升/降壓轉(zhuǎn)換器，只要使電路參考于負(fù)電壓而非參考于地，將Cout 的(+)極固定于地而不是Vout，并且將來(lái)自頂端的MOSFET的漏極的輸入電壓連接至新的地(圖1)即可。接線與標(biāo)準(zhǔn)正降壓轉(zhuǎn)換器相同，頂端MOSFET仍然控制MOSFET。

然而，升/降壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)要求包括更為嚴(yán)格。例如，對(duì)于給定輸入電壓，升/降壓轉(zhuǎn)換器MOSFET的斷態(tài)電壓應(yīng)力更高。這是由于它現(xiàn)在等于VIN 和 Vout之差，它低于接地電壓。還有，由于它現(xiàn)在是負(fù)載電流和輸入電流之和，對(duì)于給定負(fù)載dc電感器電流更大。其結(jié)果是，電感器必須具有比標(biāo)準(zhǔn)降壓設(shè)計(jì)更高的飽和電流和更低的DCR。

由于電壓應(yīng)力和dc電感電流更大，MOSFET的轉(zhuǎn)換和傳導(dǎo)損耗更高。因?yàn)樯?降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電容只在底端MOSFET為on時(shí)充電，輸出電容器有脈沖電流通過(guò)，峰至峰振幅等于dc電感器電流(假設(shè)采用了一個(gè)非常大的電感器)。

另一方面，降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電容器紋波電流僅等于電感器的紋波電流。其結(jié)果是，用于升/降壓設(shè)計(jì)的輸出電容器必須具有低得多的ESR和ESL以保持低輸出電壓紋波。

圖2顯示了滿足上述挑戰(zhàn)性要求的可轉(zhuǎn)換升/降壓電路的實(shí)例。該電路為一款由Linear Technology的LTC3728控制的+12-V ~5.2-V/15-A雙相雙輸出轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器的兩相關(guān)聯(lián)，相差180°，對(duì)輸出和輸入電容均消除了紋波電流。雙相工作、400kHz開(kāi)關(guān)頻率，加上在輸出ESR及ESL比POSCAP更低的陶瓷電容，產(chǎn)生僅為39 mVpp的輸出電壓紋波。低輸出電壓紋波使其適用于負(fù)偏壓ECL電路。

盡管升/降壓配置有更高的損耗，這種電路仍具有更高的效率。在滿負(fù)載時(shí)，效率為91.4%而峰值效率為92.9%。高效率是使用了低RDS(ON)和低QG 的MOSFET、使用雙相而不是單相設(shè)計(jì)，以及LTC3728的強(qiáng)大的門驅(qū)動(dòng)器的結(jié)果。LTC3728的開(kāi)關(guān)結(jié)點(diǎn)引腳和VIN引腳電壓均為36 V，而MOSFET電壓為30V，使它們易于控制將+12 V轉(zhuǎn)換為5 V產(chǎn)生的電壓應(yīng)力。

作者：Mike Shriver，應(yīng)用工程師，Linear Technology公司，Email: @linear.com">MShriver@linear.com