在SEPIC、Cuk和升壓轉(zhuǎn)換器中使用簡(jiǎn)單降壓控制器的方法

用于生成電源的最常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是降壓轉(zhuǎn)換器。但是，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)僅限于從高于輸出的輸入電壓產(chǎn)生正輸出。當(dāng)輸入電壓低于輸出電壓時(shí)，不能直接利用它來產(chǎn)生負(fù)電壓或提供穩(wěn)定的輸出。產(chǎn)生輸出的這兩個(gè)方面在汽車電子中均很重要，因?yàn)樾枰?fù)電壓來為放大器供電，或者當(dāng)輸入電壓軌顯著降低時(shí)，在冷起動(dòng)的情況下整個(gè)系統(tǒng)必須連續(xù)正常工作。今天我們?cè)敿?xì)介紹在SEPIC、Cuk和升壓轉(zhuǎn)換器中使用簡(jiǎn)單降壓控制器的方法。

從公共輸入軌產(chǎn)生負(fù)電壓和正電壓

圖1顯示了基于單個(gè)降壓控制器（具有兩路輸出）的雙極性電源設(shè)計(jì)。

圖1. LTC3892的電氣原理圖，可產(chǎn)生正負(fù)電壓。V OUT1 為10 A、3.3 V，V OUT2 為3 A、-12 V。

為了最大限度地利用該芯片，必須使用一路輸出來產(chǎn)生正電壓，使用第二路輸出來產(chǎn)生負(fù)電壓。此電路的輸入電壓范圍為6 V至40 V。V OUT1 產(chǎn)生10 A、3.3 V的正電壓，V OU T2 產(chǎn)生3 A、-12 V的負(fù)電壓。兩路輸出均由U1控制。第一路輸出V OUT1 是簡(jiǎn)單的降壓轉(zhuǎn)換器。第二路輸出的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜一些。V OU T2 相對(duì)于GND為負(fù)，故使用差分放大器U2來檢測(cè)負(fù)電壓并將其調(diào)整為0.8 V基準(zhǔn)電壓。在這種方法中，U1和U2均以系統(tǒng)GND為基準(zhǔn)，這大大簡(jiǎn)化了電源的控制和功能。如果需要其他輸出電壓，以下表達(dá)式有助于計(jì)算RF2和RF3的電阻值。

V OU T2 電源系采用Cuk拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)中對(duì)此有廣泛介紹。為了解電源系元件上的電壓，需要使用以下基本公式。

V OU T2 效率曲線如圖2所示。在本例中，LTC3892 轉(zhuǎn)換器的輸入為10 V至20 V。輸出電壓為10 A、 +5 V和5 A、-5 V。

圖2. 14 V輸入電壓時(shí)負(fù)輸出的效率曲線。

從波動(dòng)輸入軌產(chǎn)生穩(wěn)定電壓

圖3所示轉(zhuǎn)換器的電氣原理圖支持兩路輸出：V OUT1 為10A、3.3 V，V OUT2 為3 A、12 V。輸入電壓范圍為6 V至40 V。

圖3. SEPIC結(jié)構(gòu)的LTC3892在降壓應(yīng)用中的電氣原理圖。

V OUT1 以類似方式創(chuàng)建，如圖1所示。第二路輸出是SEPIC轉(zhuǎn)換器。與上面的Cuk一樣，該SEPIC轉(zhuǎn)換器基于非耦合的雙分立電感解決方案。分立扼流圈的使用顯著擴(kuò)大了可用磁性材料的范圍，這對(duì)于成本敏感型器件非常重要。

圖4和圖5顯示了該轉(zhuǎn)換器在電壓下降和達(dá)到尖峰時(shí)（例如在冷起動(dòng)或電源切斷時(shí)）的功能。軌電壓VIN圍繞相對(duì)標(biāo)稱值12 V下降或上升。但是，V OUT1 和V OUT2 均處于穩(wěn)壓狀態(tài)，為關(guān)鍵負(fù)載提供穩(wěn)定的電源。雙電感SEPIC轉(zhuǎn)換器可以輕松重新連接成單電感升壓轉(zhuǎn)換器。

圖4. 軌電壓從14 V降至7 V，V OUT1 和V OUT2 均處于穩(wěn)壓狀態(tài)。

圖5. 軌電壓從14 V升至24 V，但V OUT1 和V OUT2 均處于穩(wěn)壓狀態(tài)。

結(jié)論

上文介紹了基于降壓控制器構(gòu)建雙極性和雙輸出電源的方法。這種方法支持在降壓、升壓、SEPIC和Cuk拓?fù)渲惺褂孟嗤目刂破?，這對(duì)于汽車和工業(yè)電子供應(yīng)商來說非常重要，因?yàn)橐坏┙?jīng)過核準(zhǔn)，他們便可基于同一控制器設(shè)計(jì)出提供各種輸出電壓的電源。

LTC3892

寬 V IN 范圍：4.5V 至 60V (絕對(duì)最大值為 65V)

寬輸出電壓范圍：0.8V ≤ V OUT ≤ 99% ? V IN

可調(diào)柵極驅(qū)動(dòng)電平：5V 至 10V (OPTI-DRIVE)

無需外部自舉二極管

低工作 I Q ：29μA (一個(gè)通道導(dǎo)通)

可選的柵極驅(qū)動(dòng)欠壓閉鎖 (UVLO) 門限

異相控制器降低了所需的輸入電容和由電源引起的噪聲

可鎖相頻率：75kHz 至 850kHz

在輕負(fù)載條件下可以選擇執(zhí)行連續(xù)、脈沖跳躍或低紋波突發(fā)模式 (Burst Mode ? ) 操作

可選的電流限值 (LTC3892 / LTC3892-2)

非常低壓差操作：99% 占空比

電源良好輸出電壓監(jiān)視器 (LTC3892 / LTC3892-2)

低停機(jī) I Q ：3.6μA

小外形 32 引腳 5mm x 5mm QFN 封裝 (LTC3892 / LTC3892-2) 或 TSSOP 封裝 (LTC3892-1)






審核編輯：劉清