降壓（“降壓”）開(kāi)關(guān)電壓轉(zhuǎn)換器（或穩(wěn)壓器）是電池供電產(chǎn)品的常用產(chǎn)品，因?yàn)樗鼈冊(cè)趯掚妷汉拓?fù)載范圍內(nèi)都很有效，并且相對(duì)簡(jiǎn)單。但是，當(dāng)電池電壓低于所需輸出時(shí)，調(diào)節(jié)器停止運(yùn)行。這在便攜式設(shè)計(jì)中可能是一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)樵?a target="_blank">電源“掉出”之后，電池中通常會(huì)留下一些未使用的容量，否則這些容量可能會(huì)用于延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間。

解決未使用電池容量的常用解決方案是降壓/升壓（“降壓/升壓”）開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器或替代拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器（SEPIC）。一旦電池輸出低于所需的電源輸出，這些類型的電源會(huì)自動(dòng)切換到升壓配置。但降壓/升壓器件相對(duì)昂貴，電路更復(fù)雜，電源占用更大的電路板空間。

然而，開(kāi)關(guān)電源的選擇較少，可以最大化電池容量在便攜式產(chǎn)品中，簡(jiǎn)單且便宜：開(kāi)關(guān)逆變調(diào)節(jié)器。這些通常用于將正輸入電壓轉(zhuǎn)換為（較低）負(fù)輸出，但也可用于將變化的正輸入轉(zhuǎn)換為較低或較高的負(fù)輸出。

本文介紹了開(kāi)關(guān)反相穩(wěn)壓器及其應(yīng)用，然后引導(dǎo)描述使用該器件調(diào)節(jié)變化的輸入電壓的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，作為傳統(tǒng)降壓/升壓穩(wěn)壓器的替代方案。

反相調(diào)節(jié)器的剖析

圖1顯示了開(kāi)關(guān)反相調(diào)節(jié)器的簡(jiǎn)化原理圖。調(diào)節(jié)器包括脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，其驅(qū)動(dòng)連接到電感器的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）。當(dāng)存儲(chǔ)MOSFET關(guān)閉時(shí)，電感充當(dāng)儲(chǔ)能器。

圖1：開(kāi)關(guān)反相電壓調(diào)節(jié)器的簡(jiǎn)化原理圖。 （由Linear Technology提供）

圖2（a）和2（b）顯示了等效電路，說(shuō)明了圖1所示電路工作期間發(fā)生的情況。當(dāng)晶體管（Q）導(dǎo)通時(shí)（圖如圖2（a）所示，二極管（D）反向偏置，電感器（L）中的電流增加。當(dāng)Q關(guān)閉時(shí)（圖2（b）），L改變極性，D變?yōu)檎蚱?，電流從L流向負(fù)載和電容器（C）。相對(duì)于系統(tǒng)地，C和負(fù)載兩端的電壓為負(fù)。圖3顯示了電路的時(shí)序圖。

圖2（a）左側(cè)和2（b）：說(shuō)明a的操作的等效電路開(kāi)關(guān)反相調(diào)節(jié)器。 （由Linear Technology提供）

圖3：開(kāi)關(guān)反相穩(wěn)壓器的時(shí)序圖。 （由Linear Technology提供）

降壓/升壓應(yīng)用中的逆變器

開(kāi)關(guān)逆變穩(wěn)壓器受工程師歡迎，包括雙倍應(yīng)用其中包括傳感器和音頻放大器。然而，今天的高壓同步反相穩(wěn)壓器正在尋找第二種應(yīng)用，作為降壓/升壓操作的傳統(tǒng)降壓/升壓，SEPIC和反激拓?fù)涞奶娲桨浮?/p>

可以使用反相穩(wěn)壓器將（有時(shí)是廣泛的）變化的正輸入轉(zhuǎn)換為更低或更高的負(fù)輸出 - 提供更簡(jiǎn)單（通常僅使用單個(gè)電感器）和更成熟的降壓/升壓電源設(shè)計(jì)的替代品。

有多種DC-DC開(kāi)關(guān)控制器可供選擇，在這些控制器上可以使用反相電壓調(diào)節(jié)器電路。例如，圖4顯示了凌力爾特公司LTC3863在典型降壓/升壓應(yīng)用中反相DC-DC控制器。 LTC3863針對(duì)汽車和工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。該芯片驅(qū)動(dòng)P溝道功率MOSFET產(chǎn)生負(fù)輸出，只需一個(gè)電感即可完成電路。輸出電壓范圍為-0.4至-150 V，較高的電壓僅受外部元件額定值的限制。 LTC3863具有出色的輕載效率，僅消耗70μA的靜態(tài)電流。開(kāi)關(guān)頻率可設(shè)置為50至850 kHz。

當(dāng)用作P溝道MOSFET加電感器和二極管（以及支持無(wú)源器件）的控制器時(shí)，LTC3863支持反相穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有傳統(tǒng)降壓/升壓拓?fù)湔{(diào)節(jié)范圍的降壓轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)單性。在這種配置中，電路從4.5到55V的輸入電壓（開(kāi)關(guān)頻率為320kHz）提供最大電流為1.8A的-5V輸出電壓。

圖4：LTC3863基于DC-DC開(kāi)關(guān)控制器的反相電源示例設(shè)計(jì)。 （由Linear Technology提供）

整個(gè)轉(zhuǎn)換器電源路徑包含LTC3863，MOSFET Q1，電感L1，二極管D1和輸出濾波電容COUT1和COUT3。

德州儀器（TI）的TPS5430作為傳統(tǒng)電源拓?fù)涞慕祲嚎刂破鞫茝V，也可以配置為反相降壓/升壓設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。該芯片集成了MOSFET開(kāi)關(guān)元件。工作頻率為500 kHz，器件可接受-0.3至40 V的寬輸入電壓范圍，在高達(dá)3 A（連續(xù)）或4 A（峰值）電流時(shí)提供1.2至31 V輸出，效率高達(dá)95％。

就其本身而言，Maxim提供MAX765開(kāi)關(guān)反相穩(wěn)壓器，可用于降壓/升壓拓?fù)?。器件的輸入電壓范圍?至16 V，輸出電壓預(yù)設(shè)為-12 V（但也可使用兩個(gè)外部電阻在-1 V至-16 V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)）。最大工作電壓（VIN - VOUT）差分為20 V.

總之，開(kāi)關(guān)反相穩(wěn)壓器可以比傳統(tǒng)的降壓/升壓器件更簡(jiǎn)單，更便宜的降壓/升壓操作選項(xiàng)。在這種類型的應(yīng)用中使用開(kāi)關(guān)反相穩(wěn)壓器的缺點(diǎn)是輸出電壓為負(fù)。但是，反轉(zhuǎn)電路的極性很簡(jiǎn)單;該電路可以設(shè)計(jì)成使負(fù)輸出設(shè)置為系統(tǒng)接地，負(fù)電池端子然后成為“正”電壓源。器件輸入端的有效電壓為VIN - VOUT 2 。