克服各種限制：在簡(jiǎn)單的降壓控制器上設(shè)計(jì)精密雙極性電源

工業(yè)、汽車(chē)、IT 和網(wǎng)絡(luò)公司是電力電子、半導(dǎo)體、設(shè)備和系統(tǒng)的主要購(gòu)買(mǎi)者和消費(fèi)者。這些公司將全套可用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用于DC-DC轉(zhuǎn)換器，這些轉(zhuǎn)換器采用降壓、升壓和SEPIC的不同變體。在理想的世界中，這些公司或公司將為每個(gè)新項(xiàng)目使用專門(mén)的控制器。然而，采用新芯片需要大量投資，因?yàn)闇y(cè)試新器件是否符合汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)、特定應(yīng)用、條件和設(shè)備的驗(yàn)證功能需要漫長(zhǎng)而昂貴的過(guò)程。降低開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)成本的明顯解決方案是在不同的應(yīng)用中使用已經(jīng)批準(zhǔn)和驗(yàn)證的控制器。

用于產(chǎn)生電源的最常用拓?fù)涫?a href="http://wenjunhu.com/tags/降壓轉(zhuǎn)換器/" target="_blank">降壓轉(zhuǎn)換器。但是，這種拓?fù)涞牟捎脙H限于從大于輸出的輸入電壓產(chǎn)生正輸出。當(dāng)輸入電壓降至輸出以下時(shí)，它不能直接用于產(chǎn)生負(fù)電壓或提供穩(wěn)定的輸出。在汽車(chē)電子中，當(dāng)需要負(fù)電壓為放大器供電時(shí)，或者在輸入電壓軌大幅下降時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)必須在冷啟動(dòng)的情況下連續(xù)正常工作時(shí)，產(chǎn)生輸出的兩個(gè)方面都很重要。本文詳細(xì)介紹了在SEPIC、Cuk和升壓轉(zhuǎn)換器中使用簡(jiǎn)單降壓控制器的方法。

從公共輸入軌產(chǎn)生負(fù)電壓和正電壓

圖1顯示了基于具有兩個(gè)輸出的單降壓控制器的雙極性電源的設(shè)計(jì)。

圖1.產(chǎn)生正電壓和負(fù)電壓的LTC3892的電氣原理圖。V輸出1在 10 A 和 V 時(shí)為 3.3 V輸出23 A 時(shí)為 –12 V。

為了最大限度地利用該芯片，必須采用一個(gè)輸出來(lái)產(chǎn)生正電壓，另一個(gè)輸出來(lái)產(chǎn)生負(fù)電壓。該電路的輸入電壓范圍為6 V至40 V。五世輸出1在 10 A 和 V 時(shí)產(chǎn)生 3.3 V 正電壓輸出2負(fù)電壓 –12 V，3 A 時(shí)。兩個(gè)輸出均由U1控制。第一個(gè)輸出V輸出1是簡(jiǎn)單的降壓轉(zhuǎn)換器。第二個(gè)輸出具有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。因?yàn)閂輸出2相對(duì)于GND為負(fù)，差分放大器U2用于檢測(cè)負(fù)電壓并將其縮放至0.8 V基準(zhǔn)電壓。在這種方法中，U1和U2都以系統(tǒng)GND為參考，這大大簡(jiǎn)化了電源的控制和功能。以下表達(dá)式有助于計(jì)算RF2和RF3的電阻值，以防需要不同的輸出電壓。

五世輸出2動(dòng)力傳動(dòng)系采用 Cuk 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行了廣泛介紹。需要以下基本方程來(lái)了解動(dòng)力傳動(dòng)系組件上的電壓應(yīng)力。

五世輸出2效率曲線如圖2所示。此處提供了這種方法的LTspice仿真模型。在本例中，LTC3892轉(zhuǎn)換器的輸入為10 V至20 V。輸出電壓在10 A時(shí)為+5 V，在5 A時(shí)為–5 V。?

圖2.14 V輸入電壓下負(fù)輸出的效率曲線。

從波動(dòng)的輸入軌產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓

圖3.LTC3892在SEPIC和降壓應(yīng)用中的電氣原理圖。

圖3所示轉(zhuǎn)換器的電氣原理圖支持兩個(gè)輸出：V輸出110 A 和 V 時(shí)為 3.3 V輸出212 V，3 A。輸入電壓范圍為 6 V 至 40 V。輸出1以類似的方式創(chuàng)建，如圖 1 所示。第二個(gè)輸出是SEPIC轉(zhuǎn)換器。與上述 Cuk 一樣，該 SEPIC 轉(zhuǎn)換器基于非耦合、雙通道分立電感解決方案。分立式軸承座的使用顯著擴(kuò)大了可用磁性元件的范圍，這對(duì)于成本敏感型器件非常重要。

圖4和圖5顯示了該轉(zhuǎn)換器在壓降和尖峰下的功能;例如，在冷啟動(dòng)或負(fù)載突降時(shí)。電源軌電壓V在在相對(duì)標(biāo)稱的12 V電壓下下降或上升。但是，兩個(gè) V輸出1和 V輸出2保持穩(wěn)壓并為關(guān)鍵負(fù)載提供穩(wěn)定的電源。雙電感SEPIC轉(zhuǎn)換器可輕松重新接線至單個(gè)電感升壓轉(zhuǎn)換器。

圖4.如果電源軌電壓從 14 V 降至 7 V，則兩個(gè) V輸出1和 V輸出2保持監(jiān)管。

圖5.電源軌電壓從 14 V 上升到 24 V。但是，兩個(gè) V輸出1和 V輸出2保持監(jiān)管。

相關(guān)的LTspice仿真模型可以在這里找到。結(jié)果表明，LTC3892轉(zhuǎn)換器的輸入為10 V至20 V。輸出電壓在10 A時(shí)為+5 V，在5 A時(shí)為–5 V。

結(jié)論

本文介紹了基于降壓控制器構(gòu)建雙極性和雙輸出電源的方法。此方法允許在降壓、升壓、SEPIC和Cuk拓?fù)渲惺褂孟嗤目刂破?。這對(duì)于汽車(chē)和工業(yè)電子產(chǎn)品供應(yīng)商來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)樗麄兛梢栽讷@得批準(zhǔn)后基于同一控制器設(shè)計(jì)具有各種輸出電壓的電源。

審核編輯：郭婷