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开关电源设计秘笈之降压/升压设计中降压控制器

• 电子电路通常都工作在正稳压输出电压下，而这些电压一般都是由降压稳压器来提供的。如果同时还需要负输出电压，那么在降压—升压拓扑中就可以配置相同的降压控制器。负输出电压降压—升压有时称之为负反向，其工作占空比为50%，可提供相当于输入电压但极性相反的输出电压。其可以随着输入电压的波动调节占空比，以“降压&r薄膜片式电感器dquo;或“升压”输出电压来维持稳压。

  

  图5.1显示了一款精简型降压—升压电路，以及电感上出现的开关电压。这样一来该电路与标准降压转换器的相似性一体成型电感就会顿时明朗起来。实际上，除了输出电压和接地相反以外，它和降压转换器完全一样。这种布局也可用于同步降压转换器。这就是与降压或同步降压转换器端相类似的地方，因为该电路的运行与降压转换器不同。

  FET开关时出现在电感上的电压不同于降压转换器的电压。正如在降压转换器中一样，平衡伏特-微秒(V-μs)乘积以防止电感饱和是非常必要的。当 FET为开启时(如图1所示的ton间隔)，全部输入电压被施加至电感。这种电感“点”侧上的正电压会引起电流斜坡上升，这就带来电感的开启时间V-绕行电感μs 乘积。FET关闭(toff)期间，电感的电压极性必须倒转以维持电流，从而拉动点侧为负极。电感电流斜坡下降，并流经负载和输出电容，再经二极管返回。电感关闭时V-μs乘积必须等于开启时V-μs乘积。由于Vin和Vout不变，因此很容易便可得出占空比(D)的表达式：D=Vout/(Vout"Vin)。这种控制电路通过计算出正确的占空比来维持输出电压稳压。

  降压—升压电感必须工作在比输出负载电流更高的电流下。其被定义为IL=I/(1-D)，或只是输入电流与输出电流相加。对于和输入电压大小相等的负输出电压(D=0.5)而言，平均电感电流为输出的2倍。

  有趣的是，连接输入电容返回端的方法有两种，其会影响输出电容的rms电流。典型的电容布局是在+Vin和Gnd之间，与之相反，输入电容可以连接在+Vin和"塑封电感器V之间。利用这种输入电容配置可降低输出电容的rms电流。然而，由于输入电容连接至"Vout，因此"Vout上便形成了一个电容性分压器。这就在控制器开始起作用以前，在开启时间的输出上形成一个正峰值。为了最小化这种影响，最佳的方法通常是使用一个比输出电容要小得多的输入电容，请参见图5.2所示的电路。输入电容的电流在提供dc输出电流和吸收平均输入电流之间相互交替。rms 电流电平在最高输入电流的低输入电压时最差。因此，选择电容器时要多加注意，不要让其ESR过高。陶瓷或聚合物电容插件电感器通常是这种拓扑较为合适的选择。

  

  必须要选择一个能够以最小输入电压减去二极管压降上电的控制器，而且在运行期间还必须能够承受得住Vin加Vout的电压。FET和二极管还必须具有适用于这一电压范围的额定值。通过连接输出接地的反馈电阻器可实现对输出电压的调节，这是由于控制器以负输出电压为参考电压。只需精心选取少量组件的值，并稍稍改动电路，降压控制器便可在负输出降压—升压拓扑中起到双重作用。

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