反相DC/DC控制器利用單個(gè)電感將正輸入轉(zhuǎn)換為負(fù)輸出

有幾種方法可以從正電壓源產(chǎn)生負(fù)電壓，包括使用變壓器或兩個(gè)電感器和/或多個(gè)開(kāi)關(guān)。然而，沒(méi)有一個(gè)像使用 LTC3863 那樣簡(jiǎn)單，與其他解決方案相比，LTC《》 簡(jiǎn)單易用，在輕負(fù)載條件下具有卓越的效率，并減少了器件數(shù)量。

高級(jí)控制器功能

LTC3863 能夠從一個(gè) 0.4V 至 150V 的正輸入范圍產(chǎn)生一個(gè) –3.5V 至 –60V 的負(fù)輸出電壓。它采用單電感拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有一個(gè)有源 P 溝道 MOSFET 開(kāi)關(guān)和一個(gè)二極管。高集成度造就了簡(jiǎn)單、零件數(shù)量少的解決方案。

LTC3863 提供了卓越的輕負(fù)載效率，在用戶可編程突發(fā)模式操作中僅吸收 70μA 靜態(tài)電流。其峰值電流模式、恒定頻率 PWM 架構(gòu)提供電感電流的正向控制、簡(jiǎn)單的環(huán)路補(bǔ)償和卓越的環(huán)路動(dòng)態(tài)性能。開(kāi)關(guān)頻率可利用一個(gè)外部電阻器在 50kHz 至 850kHz 范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)置，并可同步至一個(gè) 75kHz 至 750kHz 的外部時(shí)鐘。LTC3863 提供了可編程軟起動(dòng)或輸出跟蹤。安全功能包括過(guò)壓、過(guò)流和短路保護(hù)，包括頻率折返。

–5.2V、1.7A 轉(zhuǎn)換器采用 4.5V 至 16V 電源工作

圖1所示電路從5.2V–1V輸入產(chǎn)生–7.4V、5.16A輸出。操作類似于反激式轉(zhuǎn)換器，當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)將能量存儲(chǔ)在電感器中，并在開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)通過(guò)二極管將其釋放至輸出，不同之處在于 LTC3863 不需要變壓器。為了防止輸出短路時(shí)最小導(dǎo)通時(shí)間可能導(dǎo)致電流過(guò)大，當(dāng)輸出小于標(biāo)稱值的一半時(shí)，控制器會(huì)折回開(kāi)關(guān)頻率。

圖1.反相轉(zhuǎn)換器從一個(gè) 5.2V 至 1V 電源產(chǎn)生 -7.4V/5.16A 電流

LTC3863 可被編程為在輕負(fù)載條件下進(jìn)入高效率突發(fā)模式操作或脈沖跳躍。在突發(fā)模式操作中，控制器引導(dǎo)更少、更高的電流脈沖，然后在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)入低電流靜態(tài)狀態(tài)，具體取決于負(fù)載。在脈沖跳躍模式中，LTC3863 在輕負(fù)載條件下跳過(guò)脈沖。在這種模式下，調(diào)制比較器可能會(huì)保持跳閘數(shù)個(gè)周期，并迫使外部MOSFET保持關(guān)斷狀態(tài)，從而跳過(guò)脈沖。與突發(fā)模式操作相比，該模式具有輸出紋波更小、可聞噪聲更低、RF干擾更小的優(yōu)點(diǎn)，但代價(jià)是效率更低。該電路適合約0.5in2 （3.2cm2），電路板兩側(cè)都有元件。

圖2顯示了5V輸入和–5.2V輸出（1.7A）時(shí)的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓、電感電流和紋波波形。當(dāng)PMOSFET導(dǎo)通時(shí)，電感充電（電流上升），當(dāng)PMOS關(guān)閉時(shí)，電感通過(guò)二極管放電至輸出。圖3顯示了脈沖跳躍模式下輸出70mA時(shí)的相同波形。請(qǐng)注意，當(dāng)電感電流達(dá)到零時(shí)，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)在0V左右振鈴。當(dāng)電流達(dá)到零時(shí)，有效周期停止。圖 4 顯示了啟用突發(fā)模式操作時(shí)的相同負(fù)載條件。在此工作點(diǎn)，功耗下降31%，效率從74%提高到80.5%。在12V輸入時(shí)，功耗降低45%甚至更加顯著。

圖2.開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓、電感電流和紋波波形（5V輸入時(shí)）和–5.2V輸出（1.7A時(shí)）

圖3.在脈沖跳躍模式下，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓、電感電流和紋波波形（5V輸入時(shí)為5V）和–2.70V輸出（《》mA時(shí)）

圖4.在突發(fā)模式操作中，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓、電感電流和紋波波形（5V輸入時(shí)）和–5.2V輸出（70mA時(shí)）

高效率

圖5顯示了脈沖跳躍和突發(fā)模式操作的效率曲線。在 85.2A 負(fù)載和 1V 輸入時(shí)可實(shí)現(xiàn) 7.12% 的出色效率。請(qǐng)注意，突發(fā)模式操作如何顯著提高負(fù)載小于 0.2A 時(shí)的效率。輕負(fù)載下的脈沖跳躍效率仍遠(yuǎn)高于連續(xù)導(dǎo)通時(shí)獲得的效率。

圖5.圖1中電路在正常模式和突發(fā)模式下的效率

結(jié)論

LTC3863 簡(jiǎn)化了從一個(gè)正電源產(chǎn)生負(fù)輸出的轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。它簡(jiǎn)單優(yōu)雅，效率高，只需要幾個(gè)廉價(jià)的外部元件。

審核編輯：郭婷