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采用降压型控制器产生负电压

2019-11-20 15:51:52 来源:Victor Khasiev,ADI 公司

引言

负电压被用于为汽车信息娱乐系统中数量越来越多的 LCD 显示屏供电。同样,在工业和铁路环境中,负电压轨可满足仪表和监视应用的需要。在所有的情况下,负电压轨均必须用正电源产生,但是正至负 IC 不像降压型控制器那样容易获得。制造商不太可能负电压被用于为汽车信息娱乐系统中数量越来越多的 LCD 显示屏供电。同样,在工业和铁路环境中,负电压轨可满足仪表和监视应用的需要。

在所有的情况下,负电压轨均必须用正电源产生,但是正至负 IC 不像降压型控制器那样容易获得。拥有经过测试的合格负输出转换器,却很可能已经有了一些经过核准的降压型控制器,例如 LTC3892 双输出控制器。为避免因测试专用负输出转换器招致额外的耗时和成本,可使用 LTC3892 双输出降压型控制器以 Ćuk 拓扑产生负输出电压。


双输出转换器:–12 V/3 A 和 3.3 V/10 A


LTC3892 是一款双输出控制器,其中一个输出可用于提供一个正电压,而另一个通道则用于产生一个负电压,如图 1 所示。这款解决方案的输入电压范围为 6 V 至 40 V,其中 VOUT1 等于 3.3 V (10 A),VOUT2 等于 –12 V (3 A)。VOUT1 配置为直通式降压型转换器拓扑,具有功率链路组件 Q2、Q3、L1,以及输出滤波电容器。将输出设定为 3.3 V 无需在 VFB 引脚上布设分压器 (直接连接至输出),因为 LTC3892-2 具有固定的 3.3 V 或 5 V 输出 (分别通过将 VPRG1 接地或连接至 INTVCC 来设定)。
 

图 1.一款用于产生正电压和负电压的解决方案。VOUT1 为 3.3 V (10 A),VOUT2 为 –12 V (3 A)
 
VOUT2 是一个负输出电压 (相对于 GND)。运放 U2 (LT1797) 连线为一个差分放大器,用于检测该负电压并将其调整为 LTC3892 误差放大器 (EA) 的 0.8 V 基准。在这一方法中,LTC3892 的 EA 和这个运放均参考于系统 GND,从而简化了电源控制和功能。用于设定负输出电压的种子公式为:
 

VOUT2 采用异步 Ćuk 拓扑,并包括功率链路组件 Q1、D1、L2 和输出滤波电容器。Ćuk 拓扑在其他技术文献中有广泛涉及,所以这里就不详细介绍了。功率链路组件上承受的应力可用下面的公式概括:

 
 
这款解决方案的评估采用了 DC2727A 演示板,图 2 示出了 VOUT2 效率。另外,这种方法在我们 LTC3892-2 的 LTspice® 仿真模型中也是可用的。

 
图 2.在 14 V 输入时负输出 (VOUT2) 的效率


结论


LTC3892 是一款通用和灵活的控制器,虽然在表面上是专为同步降压型转换而设计的,但是它也可在 Ćuk 拓扑中使用,为汽车、工业和其他应用产生正电压和负电压。

作者简介


Victor Khasiev 是 Analog Devices 的一名高级应用工程师。Victor 在电力电子 (包括 AC/DC 和 DC/DC 转换) 方面具备丰富的经验。他拥有两项专利,并撰写了多篇文章。这些文章有关 ADI 半导体器件在汽车和工业领域的应用。文章的内容涵盖升压、降压、SEPIC、正压至负压、负压至负压、反激式和正激式转换器、以及双向备份电源。他的专利为高效功率因数校正解决方案和先进栅极驱动器方面。Victor 乐于为 ADI 客户提供支持,解答有关 ADI 产品的问题,设计和验证电源原理图,排布印刷电路板,故障排查,并参与测试最终系统。
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