具短路保護和停機功能的負電壓降壓轉換器

引言
負電壓降壓轉換器越來(lái)越多地用于對負電壓進(jìn)行降壓 (按絕對值)。需求日益增長(cháng)背后的主要原因是開(kāi)關(guān)變壓器的標準化，這種變壓器通常是由一個(gè)或兩個(gè)副端繞組制成的。例如：倘若某個(gè)系統采用一個(gè)具有兩個(gè)副端繞組的變壓器以產(chǎn)生 ±12V，而且該設計還需要 -3.3V，那么工程師們往往傾向于采用不需要改變主變壓器的解決方案，比如：負電壓降壓轉換器。

電路描述和性能
圖 1 示出了一款負電壓降壓轉換器，它可從一個(gè) -12V 電源軌產(chǎn)生 -3.3V/3A 輸出。功率鏈路包含電感器 L1、二極管 D1 和 MOSFET Q1。LTC3805-5 控制器 IC 具有一整套基本功能，包括短路保護 (可以精確地設定電流水平)、轉換器啟用 / 停用以及可編程開(kāi)關(guān)頻率。

一個(gè)內部并聯(lián)穩壓器允許直接從輸入電源軌給 IC 施加偏壓。盡管這種拓撲結構憑借其簡(jiǎn)單性深受許多設計師的青睞，但在負電壓降壓轉換器中有兩個(gè)重要的設計考慮因素：檢測輸出電壓以及遠程停機?？刂破鲄⒖加谪撾妷?，而輸出電壓和接通 / 關(guān)斷信號則參考于系統地 (見(jiàn)圖 1)。

為了補償調節環(huán)路，采用了一個(gè)基于晶體管 Q3的電流反射鏡。電阻器 RPRG 用于設置流入電阻器 RFB 中的電流，從而設定輸出電壓。在本例中，當輸出電壓等于 -3.3V 時(shí)，3.31k 的 RPRG 電阻器將流入電阻器 RFB 的電流設定為 1mA。該電流在電阻器 RFB 兩端產(chǎn)生一個(gè) 0.8V 的壓降，這與內部誤差放大器的基準電壓相等。

圖 1：一個(gè)基于 LTC3805 的負電壓降壓轉換器可從一個(gè) -10V
至 -14V 輸入產(chǎn)生 -3.3V/3A 輸出

任選的停機電路是基于晶體管 Q2。假如給電阻器 R8 施加 5V 電壓，則 LTC3805-5 將停機。這兩個(gè)電路均參考于系統地。功率鏈路組件上的電壓應力、轉移函數和其他參數與我們所熟悉的降壓型轉換器相似。

如圖 2 所示，效率約為 90%。負載特性曲線(xiàn)示于圖 3。當負載超過(guò) 4.5A 時(shí)，輸出電壓開(kāi)始下降；當負載為 5.0A 時(shí)，轉換器將進(jìn)入短路保護狀態(tài)。在該狀態(tài)中，輸入電流不超過(guò) 20mA。輸出電壓將在短路狀況被清除之后恢復。在 -40°C 至 70°C 的寬溫度范圍內，電壓和負載調整率優(yōu)于 ±1%。圖 1 中電路的啟動(dòng)和瞬態(tài)響應波形分別示于圖 4 和圖 5。

圖 2：效率與輸入電壓和輸出電流的關(guān)系曲線(xiàn)

圖 3：輸出電壓與輸出電流的關(guān)系曲線(xiàn) (采用一個(gè) -12V 輸入電壓)

圖 4：滿(mǎn)負載時(shí)的啟動(dòng)特性

圖 5：瞬態(tài)響應 (針對一個(gè)從 1A 至 2.5A 的負載電流階躍)

結論
負電壓降壓轉換器是從一個(gè)標準的 -12V 電源軌產(chǎn)生額外負電壓軌的常用方法。借助一款具有高效率、過(guò)流保護、快速瞬態(tài)響應和平穩啟動(dòng)特性的設計，這里給出的解決方案可以從一個(gè) -12V 電源軌產(chǎn)生 -3.3V/3A 輸出。