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使用一个反相调节器,用于Buck/Boost dcto - dc电压转换

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     降压(“buck”)开关电压转换器(或调节器)在电池供电的产品中很受欢迎,因为它们在电压和负载的范围很广,而且相对简单。然而,当电池电压低于要求的输出时,调节器停止运行。这可能是便携式设计的一个缺点,因为在电源“掉出”之后,在电池中还有一些闲置的容量,否则就会被用来延长运行时间。

  解决未使用电池容量的一个流行的解决方案是降压/升降机(“buck/boost”)开关调节器或一个替代的拓扑结构,如单端主电感转换器(SEPIC)。(参见TechZone文章“电池电源管理的SEPIC选项”)。当电池输出低于所需的电源输出时,这些类型的电源将自动切换到boost配置;但是buck/boost设备相对昂贵,电路更加复杂,而且电源占用更大的空间。

  然而,有一种不太为人所知的选择,即开关电源能在便携产品中最大化电池容量,但又简单又便宜:开关逆变器。这些通常用于将正输入电压转换为(较低)负输出,但也可用于将不同的正输入转换成较低或更高的负输出。

  本文介绍了开关逆变器的功能及其应用,然后介绍了一种使用该设备来调节不同输入电压的拓扑结构,以替代传统的buck/boost调节器。

  倒置调节器的解剖。

  图1显示了一个开关逆变调节器的简化示意图。该调节器包括一个脉冲宽度调制(PWM)控制器,驱动一个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)连接到电感器上。当存储MOSFET关闭时,电感器充当能量储存器提供能量。

  线性技术开关逆变调压器的原理图。


  图1:开关逆变调压器的简化示意图。(由线性技术)

  图2(a)和2(b)显示等效电路,说明图1所示的电路运行过程中发生了什么。当晶体管(Q)在(图2(a))时,二极管(D)是反向偏置的,电感(L)中的电流增加。当Q停止时(图2(b)), L改变极性,D变为正向偏压,电流由L向负载和电容(C)流动,C和负载之间的电压为负,相对于系统接地。图3显示了电路的时序图。

  一种开关逆变器的线性技术等效电路原理图。

  图2(a)在左和2(b):说明开关逆变器的操作的等效电路。(由线性技术)

  开关逆变器的线性技术时序图。

  图3:开关逆变器的时序图。(由线性技术)

  VMAX是Q和D的最大电压(图2(a)和2(b)),其中:

  方程1

     

  通过Q、L、D的最大电流,可以得到以下方程,假设连续的传导方式:

  方程2

       

  其中t为交换周期。


  逆变器在巴克/提高应用程序

  这种开关逆变器在工程师中很受欢迎,包括双端传感器和音频放大器等。然而,今天的高电压,同步逆变监管机构正在寻找第二种应用,以替代传统的buck/boost, SEPIC和flyback拓扑,用于buck/boost操作。

  反相调节器可以用来将一个(有时是广泛的)不同的正输入转换成一个更低或更高的负输出——提供一个更简单的(通常只使用一个电感)和更便宜的替代方案来替代更成熟的buck/boost电源设计。

  有一个广泛的选择的直流转换开关控制器,其中一个反相电压调整电路可以基于。例如,图4显示了一个典型的buck/boost应用程序中的线性技术LTC3863将DC-to-DC控制器转换为DC-to-DC控制器。LTC3863为汽车和工业应用优化。该芯片驱动一个p通道功率MOSFET产生一个负极输出,只需一个电感器完成电路。从-0.4到-150 V的输出电压是可能的,只有通过外部元件的额定值来限制更高的电压。LTC3863提供优秀的轻载效率,只有70μA静态电流。开关频率可编程从50到850千赫。

  当作为一个p通道MOSFET +电感器和二极管(和支持的被动元件)的控制器时,LTC3863支持一种反相调节器的拓扑结构,它将一个buck转换器的简单性与常规的buck/boost拓扑的调节范围结合起来。在这种配置中,电路输出电压为- 5v,最大电流为1.8 a,输入电压为4.5到55 V(开关频率为320 kHz)。

  线性技术LTC3863 dcto - dc开关电源示意图。

  图4:LTC3863 dcto - dc开关控制器以逆变电源为例设计。(由线性技术)

  整个变换器功率路径包含LTC3863、MOSFET Q1、电感L1、二极管D1、输出滤波电容COUT1和COUT3。

  德州仪器的TPS5430,作为传统电源拓扑的一种buck控制器,也可以被配置成反相buck/boost设计的基础。该芯片集成了MOSFET开关元件。工作频率为500 kHz,设备接受宽输入电压范围-0.3到40v,提供1.2至31 V的输出,最高可达3个a(连续)或4个(峰值)电流,效率高达95%。

  就其本身而言,马克西姆提供了它的MAX765开关逆变调节器,它可以在buck/boost拓扑中使用。该装置的输入电压范围为3至16v,输出电压为-12 V(但也可通过两个外部电阻器调整从-1 V到-16 V)。最大操作(VIN - VOUT)微分是20 V。

  综上所述,与传统的buck/boost设备相比,开关逆变器可以更简单、更便宜。在这种类型的应用中,使用开关逆变调节器的缺点是输出电压为负。然而,扭转电路的极性是直接的;该电路可以设计为负输出设置为系统接地,负极电池端子成为“正”电压源。该设备输入的有效电压为VIN - VOUT2。


  1. @serena   

    图片无法加载?

    我可以看到啊!


  2. 图片无法加载?