精品文檔-下載后可編輯在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)中選擇正或負(fù)降壓拓?fù)?設(shè)計(jì)應(yīng)用用于正電壓的高效降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器非常普遍。然而，負(fù)降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器（負(fù)電壓輸入、負(fù)電壓輸出、公共接地）并不為人所知，盡管它們經(jīng)常被需要。雖然它們不難設(shè)置，但關(guān)于如何構(gòu)建它們的文獻(xiàn)卻相當(dāng)稀少。本文分析了負(fù)降壓拓?fù)涞募軜?gòu)和詳細(xì)操作。它還將討論拓?fù)涞膶?shí)際電路實(shí)現(xiàn)，從系統(tǒng)角度到所需電路塊的構(gòu)建，并包括有關(guān)如何構(gòu)建電壓轉(zhuǎn)換器電路的示例，這是使用現(xiàn)成的升壓IC實(shí)現(xiàn)負(fù)降壓穩(wěn)壓器的關(guān)鍵塊。

圖1：所示為負(fù)降壓拓?fù)涞幕炯軜?gòu)。負(fù)降壓拓?fù)渖厦娴膱D1顯示了負(fù)降壓開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的基本架構(gòu)。與positivebuck設(shè)計(jì)一樣，它在輸入和輸出之間有一個(gè)高側(cè)通器件、一個(gè)LC輸出濾波器和一個(gè)鉗位二極管。兩個(gè)大的區(qū)別是控制IC和反饋電路中所需的柵極驅(qū)動(dòng)。在正降壓中，用作高側(cè)傳輸器件的典型負(fù)溝道FET(NFET)需要高于（更正）系統(tǒng)輸入電壓(Vin)的柵極驅(qū)動(dòng)電壓才能開(kāi)啟。由于輸入電壓已經(jīng)是系統(tǒng)中正的電壓，因此需要特殊電路來(lái)產(chǎn)生更高的電壓。正降壓IC通常內(nèi)置此功能。在負(fù)降壓中，用作高側(cè)傳輸器件的NFET還需要比系統(tǒng)輸入(-Vin)更正的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。在這種情況下，由于該輸入電壓是系統(tǒng)中負(fù)的電壓，因此不需要特殊電路。所有其他電壓，包括輸出，都“更高”（更正），轉(zhuǎn)換器接地是系統(tǒng)中正的電壓。在這些情況下，可以使用低側(cè)FET脈寬調(diào)制器控制IC（例如升壓/反激式穩(wěn)壓器或控制器）來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器。各種IC可用于實(shí)現(xiàn)負(fù)降壓轉(zhuǎn)換器，包括控制器和具有低側(cè)NFET的集成單片穩(wěn)壓器。單片IC提供簡(jiǎn)單、易于實(shí)施和更少的組件數(shù)量。當(dāng)需要更大的輸出電流以及需要優(yōu)化效率和熱耗散時(shí)，控制器可提供更大的靈活性。

圖2：這種負(fù)降壓拓?fù)涫褂脝纹琇M5001升壓/反激式穩(wěn)壓器。上面的圖2顯示了帶有內(nèi)置75V、1ANFET的負(fù)降壓拓?fù)渲?.1-75V輸入電壓范圍升壓/反激式穩(wěn)壓器的簡(jiǎn)化圖。在常規(guī)升壓應(yīng)用中，它會(huì)向其內(nèi)置的傳輸N溝道MOSFET提供比地高幾伏的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，以將其打開(kāi)。在負(fù)降壓應(yīng)用中，柵極驅(qū)動(dòng)仍會(huì)產(chǎn)生比IC接地引腳高幾伏的柵極電壓，在這種情況下，它與系統(tǒng)的輸入電壓(-Vin)相關(guān)，并將產(chǎn)生所需的結(jié)果。與常規(guī)升壓不同，但與常規(guī)降壓相同，圖2中的峰值IC開(kāi)關(guān)電流與峰值電感器/輸出電流相同，因此允許1A升壓IC用于高達(dá)1A的輸出電流。其他具有不同額定值的穩(wěn)壓器將用于更高或更低的開(kāi)關(guān)電流。如果控制器，則可以在與圖中所示配置類似的配置中使用它。電壓轉(zhuǎn)換器在使用現(xiàn)成升壓IC的負(fù)降壓架構(gòu)中的另一個(gè)特殊考慮是反饋路徑所需的信號(hào)調(diào)節(jié)。大多數(shù)IC的反饋(FB)引腳需要大約1.25V（相對(duì)于地）的電壓以維持調(diào)節(jié)。該電壓通常從輸出(Vout)獲得，并通過(guò)分壓電阻網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單地按比例縮小。這種技術(shù)很容易允許施加的電壓輸出隨著輸出下降而上升和下降，這是保持適當(dāng)調(diào)節(jié)所必需的。當(dāng)在正降壓中采用這種方法時(shí)，F(xiàn)B電壓和輸出電壓自然以系統(tǒng)接地和IC接地引腳為參考，因此不需要調(diào)節(jié)或轉(zhuǎn)換。在使用低側(cè)FET升壓IC實(shí)現(xiàn)的負(fù)降壓應(yīng)用中，輸出(-Vout)及其任何分壓樣本仍以系統(tǒng)地為參考。然而，由于IC接地引腳連接到-Vin而不是系統(tǒng)接地，IC將無(wú)法正確讀取FB電壓（也無(wú)法正確保持調(diào)節(jié)），因此需要轉(zhuǎn)換此電壓，以便以IC接地引腳為參考。這種電壓轉(zhuǎn)換由圖1和圖2中標(biāo)記為“電平轉(zhuǎn)換”的小方框表示。有多種方法可以在硬件中實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。圖3：可以使用由兩個(gè)pnp晶體管構(gòu)建的電流鏡在硬件中實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。

上面的圖3顯示了一種簡(jiǎn)單、常見(jiàn)且可能成本更低的方法。它使用由幾個(gè)廉價(jià)的pnp晶體管構(gòu)建的電流鏡。為獲得性能和更嚴(yán)格的調(diào)節(jié)精度，建議使用配對(duì)。匹配對(duì)可以在單個(gè)包裝中找到；一個(gè)很好的例子是DMMT3906。在圖3中，Rf1和Rf2按比例縮小鏡像電壓，因此用于設(shè)置穩(wěn)壓器的輸出電壓（就像任何可調(diào)穩(wěn)壓器的情況一樣）。換句話說(shuō)，反饋增益是|Vref/Vout|和|Vout|是VrefxRf1/Rf2，其中Vref是IC反饋引腳（參考）電壓。下面的圖4顯示了電流鏡電路的變體。

圖4：電流鏡電路的這種變體使用單個(gè)pnp晶體管和分立二極管電流鏡。在該電路中，使用了單個(gè)pnp晶體管。D1通過(guò)抵消Q1的pnp發(fā)射極-基極電壓的溫度漂移影響來(lái)提供輸出電壓溫度補(bǔ)償。D2和D3為D1所需的偏置電流提供一些預(yù)調(diào)節(jié)，從而將線路調(diào)節(jié)和紋波抑制提高兩倍。通過(guò)用LM385-1.2或LM4040-2.5等電壓基準(zhǔn)替換兩個(gè)串聯(lián)連接的二極管，可以進(jìn)一步提高性能。為了簡(jiǎn)化電路，或者如果輸入電壓相對(duì)恒定并且紋波非常小，可以取消D2和D3，并將偏置電阻組合在一起。此外，消除D1將提供輸出電壓的負(fù)溫度系數(shù)。運(yùn)算放大器選項(xiàng)與使用分立元件進(jìn)行設(shè)計(jì)相比，更喜歡運(yùn)算放大器的好處和簡(jiǎn)單性的設(shè)計(jì)人員可以使用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換電路，如下面的圖5所示。

圖5：喜歡使用分立元件過(guò)度設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器的好處和簡(jiǎn)單性的設(shè)計(jì)人員可以使用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換電路。通過(guò)將運(yùn)算放大器連接到與感測(cè)和放大差分電壓時(shí)使用的配置非常相似的配置中，它可以用于負(fù)降壓配置，以共同降低輸出電壓。這使其適用于FB引腳（從而設(shè)置穩(wěn)壓器的輸出電壓），同時(shí)將該電壓的參考從系統(tǒng)地轉(zhuǎn)移到-Vin軌。使用的具體運(yùn)算放大器取決于應(yīng)用要求，但通用運(yùn)算放大器通常就足夠了。低失調(diào)電壓對(duì)于穩(wěn)壓器的電壓精度很重要，運(yùn)算放大器需要具有大于應(yīng)用的Vout幅度的共模電壓范圍。結(jié)論各種升壓/反激式穩(wěn)壓器可用于實(shí)現(xiàn)負(fù)降壓轉(zhuǎn)換器。具有寬輸入電壓范圍的穩(wěn)壓器和控制器被用作示例，因?yàn)樗鼈冊(cè)趶V泛的應(yīng)用中具有靈活性。盡管升壓IC是實(shí)現(xiàn)負(fù)降壓轉(zhuǎn)換器的容易獲得的現(xiàn)成解決方案，但重要的是要重申，我們實(shí)際上不是在升壓負(fù)電壓，而是在降壓它，因此選擇外部的所有設(shè)計(jì)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)組件（電感器、MOSFET、補(bǔ)償?shù)龋┬枰祲?，而不是升壓設(shè)計(jì)。