
因此,在這種條件下,反相降壓-升壓拓?fù)淠茉诟咝屎托〕叽缰g達(dá)成較好的折衷效果。要實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢(shì),必須充分了解高壓條件下反相降壓-升壓拓?fù)涞?a target="_blank">工作原理。在深入研究這些細(xì)節(jié)之前,我們首先簡(jiǎn)要回顧一下反相降壓-升壓拓?fù)?。然后,比較反相降壓-升壓拓?fù)?、降壓拓?fù)浜蜕龎和負(fù)涞年P(guān)鍵電流路徑。
三種基本的非隔離拓?fù)?/span>
反相降壓-升壓拓?fù)鋵儆谌N基本的非隔離開關(guān)拓?fù)?。這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都包括一個(gè)控制晶體管(通常是一個(gè)MOSFET)、一個(gè)二極管(可能是肖特基二極管或有源二極管,即同步MOSFET),以及一個(gè)作為儲(chǔ)能元件的功率電感。這三個(gè)元件之間的共同連接稱為開關(guān)節(jié)點(diǎn)。功率電感相對(duì)于開關(guān)節(jié)點(diǎn)的位置決定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
如果線圈位于開關(guān)節(jié)點(diǎn)和輸出之間,將構(gòu)成DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器,我們?cè)谙挛闹袑⑵浜?jiǎn)稱為降壓轉(zhuǎn)換器。或者,如果線圈位于輸入和開關(guān)節(jié)點(diǎn)之間,將構(gòu)成DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器,簡(jiǎn)稱為升壓轉(zhuǎn)換器。最后,如果線圈位于開關(guān)節(jié)點(diǎn)和地(GND)之間,則構(gòu)成DC-DC反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。
在每個(gè)開關(guān)周期,甚至在連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)下,所有三種拓?fù)浒慕M件和PCB走線的電流會(huì)快速變化,導(dǎo)致圖1c、2c和3c突出顯示的噪聲轉(zhuǎn)移。盡可能設(shè)計(jì)較小的熱回路,以降低電路輻射的電磁干擾(EMI)。這里,需要提醒大家的是,熱回路并非一定是電流循環(huán)流動(dòng)的物理回路。實(shí)際上,在圖1、圖2和圖3突出顯示的各個(gè)回路中,由紅色和藍(lán)色突出顯示的組件和線路構(gòu)成熱回路,其電流急劇轉(zhuǎn)換并不會(huì)發(fā)生在相同方向。
圖1. 屬于熱回路的組件和線路——在CCM下運(yùn)行的降壓轉(zhuǎn)換器。

圖2. 屬于熱回路的組件和線路——在CCM下運(yùn)行的升壓轉(zhuǎn)換器。
對(duì)于圖3所示的CCM下運(yùn)行的反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器,熱回路由CINC、Q1和D1構(gòu)成。與降壓和升壓拓?fù)渲械臒峄芈废啾?,反相降?升壓拓?fù)涞臒峄芈钒挥谳斎牒洼敵龆说慕M件。在這些組件中,當(dāng)控制MOSFET開啟時(shí),二極管(或者,如果使用同步MOSFET,則為體二極管)的反相恢復(fù)會(huì)生成最高的di/dt和EMI。由于需要全面的布局概念來(lái)考慮控制這兩個(gè)方面的輻射EMI,所以您肯定不希望通過(guò)低估在高輸入和/或輸出電壓條件下所需的反相降壓-升壓電感,通過(guò)過(guò)大的線圈電流紋波生成額外的輻射EMI。對(duì)于依賴自己所熟悉的升壓拓?fù)鋪?lái)確定反相降壓-升壓電路電感的工程師來(lái)說(shuō),他們會(huì)面臨這種風(fēng)險(xiǎn),我們可以通過(guò)比較這兩種拓?fù)淇辞暹@一點(diǎn)。
高壓反相降壓-升壓拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)考量
升壓拓?fù)浜头聪嘟祲?升壓拓?fù)渖傻慕^對(duì)輸出電壓的幅度要高于輸入電壓。但是,這兩種拓?fù)渲g存在差異,可以通過(guò)CCM中各自的占空比(在公式1和公式2中提供)來(lái)突出顯示。請(qǐng)注意,這些都是一階近似值,未考慮通過(guò)肖特基二極管和功率MOSFET時(shí)產(chǎn)生的壓降等影響。




圖7. 反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中,VOUT= –12V和–150V時(shí)占空比和線圈電流紋波與VIN的關(guān)系。
具有寬輸入電壓范圍和高輸出電流的應(yīng)用
選擇電感

使用LTspice驗(yàn)證我們的電感選擇

圖9. 使用LTspice仿真的LTC3896電路。

如圖10所示,應(yīng)用的峰值線圈電流接近15.4A。獲得這個(gè)值后,可以選擇電流額定值足夠高的功率電感。
設(shè)計(jì)采用更高的輸出電壓時(shí)

圖11. LTC3863電路:VIN= 12V至40V,VOUT- = –150V,fSW= 320kHz。
結(jié)論
反相降壓-升壓拓?fù)涞臒峄芈钒挥谳斎牒洼敵龆说慕M件,所以其布局難度要高于降壓拓?fù)浜蜕龎和負(fù)洹?/span>雖然與升壓拓?fù)溆行╊愃频牡胤?,但在類似的?yīng)用條件下,反相降壓-升壓拓?fù)涞碾娏骷y波更高,這是因?yàn)榫€圈是其唯一的輸出來(lái)源(如果我們忽略輸出電容)。
對(duì)于具有高輸入和/或輸出電壓的反相降壓-升壓應(yīng)用,線圈電流紋波可能更高。為了控制電流紋波,與升壓拓?fù)湎啾?,反相降?升壓拓?fù)鋾?huì)使用更高的電感值。我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例展示了如何根據(jù)應(yīng)用條件來(lái)快速調(diào)節(jié)電感。



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