降壓—升壓電源設計中降壓控制器的使用

電子電路通常都工作在正穩壓輸出電壓下，而這些電壓一般都是由降壓穩壓器來(lái)提供的。如果同時(shí)還需要負輸出電壓，那么在降壓—升壓拓撲中就可以配置相同的降壓控制器。負輸出電壓降壓—升壓有時(shí)稱(chēng)之為負反向，其工作占空比為 50%，可提供相當于輸入電壓但極性相反的輸出電壓。其可以隨著(zhù)輸入電壓的波動(dòng)調節占空比，以“降壓”或“升壓”輸出電壓來(lái)維持穩壓。
圖 1 顯示了一款精簡(jiǎn)型降壓—升壓電路，以及電感上出現的開(kāi)關(guān)電壓。這樣一來(lái)該電路與標準降壓轉換器的相似性就會(huì )頓時(shí)明朗起來(lái)。實(shí)際上，除了輸出電壓和接地相反以外，它和降壓轉換器完全一樣。這種布局也可用于同步降壓轉換器。這就是與降壓或同步降壓轉換器端相類(lèi)似的地方，因為該電路的運行與降壓轉換器不同。
FET 開(kāi)關(guān)時(shí)出現在電感上的電壓不同于降壓轉換器的電壓。正如在降壓轉換器中一樣，平衡伏特-微秒 (V-μs) 乘積以防止電感飽和是非常必要的。當 FET 為開(kāi)啟時(shí)（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)”側上的正電壓會(huì )引起電流斜坡上升，這就帶來(lái)電感的開(kāi)啟時(shí)間 V-μs 乘積。FET 關(guān)閉 (toff) 期間，電感的電壓極性必須倒轉以維持電流，從而拉動(dòng)點(diǎn)側為負極。電感電流斜坡下降，并流經(jīng)負載和輸出電容，再經(jīng)二極管返回。電感關(guān)閉時(shí)V-μs 乘積必須等于開(kāi)啟時(shí) V-μs 乘積。由于 Vin 和 Vout 不變，因此很容易便可得出占空比 (D) 的表達式：D=Vout/(Vout " Vin)。這種控制電路通過(guò)計算出正確的占空比來(lái)維持輸出電壓穩壓。上述表達式和圖 1 所示波形均假設運行在連續導電模式下。

圖 1 降壓—升壓電感要求平衡其伏特-微秒乘積

有趣的是，連接輸入電容返回端的方法有兩種，其會(huì )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 "VSUBOUT sub> 之間。利用這種輸入電容配置可降低輸出電容的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(gè)電容性分壓器。這就在控制器開(kāi)始起作用以前，在開(kāi)啟時(shí)間的輸出上形成一個(gè)正峰值。為了最小化這種影響，最佳的方法通常是使用一個(gè)比輸出電容要小得多的輸入電容，請參見(jiàn)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 電流電平在最高輸入電流的低輸入電壓時(shí)最差。因此，選擇電容器時(shí)要多加注意，不要讓其 ESR 過(guò)高。陶瓷或聚合物電容器通常是這種拓撲較為合適的選擇。

圖 2 降壓控制器在降壓—升壓中的雙重作用