降壓—升壓適配器設(shè)計中降壓控制器的使用

      適配器通常都工作在正穩(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)渲芯涂梢耘渑Z相 同的降壓控制器。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 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(shí)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?yàn)樵撾娐返倪\(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/(Vout " Vin)。 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。上述表達(dá)式和圖 1 所示波形均假設(shè)運(yùn)行在連續(xù)導(dǎo)電模式下。

圖 1 降壓—升壓電感要求平衡其伏特-微秒乘積

      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 這種輸入電容配臵可降低輸出電容的 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。為了較 小化這種影響，較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 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 電流電平在較高輸入 電流的低輸入電壓時較差。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。