工業(yè)、汽車、IT 和網(wǎng)絡公司是電力電子、半導體、設備和系統(tǒng)的主要購買者和消費者。這些公司將全套可用拓撲結(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新項目使用專門的控制器。然而，采用新芯片需要大量投資，因為測試新器件是否符合汽車標準、特定應用、條件和設備的驗證功能需要漫長而昂貴的過程。降低開發(fā)和設計成本的明顯解決方案是在不同的應用中使用已經(jīng)批準和驗證的控制器。

用于產(chǎn)生電源的最常用拓撲是降壓轉(zhuǎn)換器。但是，這種拓撲的采用僅限于從大于輸出的輸入電壓產(chǎn)生正輸出。當輸入電壓降至輸出以下時，它不能直接用于產(chǎn)生負電壓或提供穩(wěn)定的輸出。在汽車電子中，當需要負電壓為放大器供電時，或者在輸入電壓軌大幅下降時，整個系統(tǒng)必須在冷啟動的情況下連續(xù)正常工作時，產(chǎn)生輸出的兩個方面都很重要。本文詳細介紹了在SEPIC、Cuk和升壓轉(zhuǎn)換器中使用簡單降壓控制器的方法。

從公共輸入軌產(chǎn)生負電壓和正電壓

圖1顯示了基于具有兩個輸出的單降壓控制器的雙極性電源的設計。

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

為了最大限度地利用該芯片，必須采用一個輸出來產(chǎn)生正電壓，另一個輸出來產(chǎn)生負電壓。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 時產(chǎn)生 3.3 V 正電壓輸出2負電壓 –12 V，3 A 時。兩個輸出均由U1控制。第一個輸出V輸出1是簡單的降壓轉(zhuǎn)換器。第二個輸出具有更復雜的結(jié)構(gòu)。因為V輸出2相對于GND為負，差分放大器U2用于檢測負電壓并將其縮放至0.8 V基準電壓。在這種方法中，U1和U2都以系統(tǒng)GND為參考，這大大簡化了電源的控制和功能。以下表達式有助于計算RF2和RF3的電阻值，以防需要不同的輸出電壓。

五世輸出2動力傳動系采用 Cuk 拓撲結(jié)構(gòu)，相關(guān)技術(shù)文獻對此進行了廣泛介紹。需要以下基本方程來了解動力傳動系組件上的電壓應力。

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時為+5 V，在5 A時為–5 V。

圖2.14 V輸入電壓下負輸出的效率曲線。

從波動的輸入軌產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓

圖3.LTC3892在SEPIC和降壓應用中的電氣原理圖。

圖3所示轉(zhuǎn)換器的電氣原理圖支持兩種輸出：VOUT1在10 A時為3.3 V，VOUT2在3 A時為12 V。輸入電壓范圍為6 V至40 V，VOUT1以類似的方式創(chuàng)建，如圖1所示。第二個輸出是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大了可用磁性元件的范圍，這對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，在冷啟動或負載突降時。電源軌電壓V在在相對標稱的12 V電壓下下降或上升。但是，兩個 V輸出1和 V輸出2保持穩(wěn)壓并為關(guān)鍵負載提供穩(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 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 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時為+5 V，在5 A時為–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拓撲中使用相同的控制器。這對于汽車和工業(yè)電子產(chǎn)品供應商來說非常重要，因為他們可以在獲得批準后基于同一控制器設計具有各種輸出電壓的電源。

審核編輯：郭婷