PWM控制器處理具有負輸入電壓的多個拓撲

傳統(tǒng)上，電信和數(shù)據(jù)通信設(shè)備為系統(tǒng)總線提供負直流輸出電壓，例如-48 V。原因很簡單：直流電壓可以保持低噪音，并且很容易從普通的鉛酸電池產(chǎn)生，通常在12伏左右。此外，負電源可使電纜和銅線遠離腐蝕。通常，在服務(wù)器和計算機等應(yīng)用中，這種未調(diào)節(jié)的負直流輸出電壓被反轉(zhuǎn)為正母線電壓，用于驅(qū)動各種降壓轉(zhuǎn)換器，這些降壓轉(zhuǎn)換器必須在高輸出電流下產(chǎn)生穩(wěn)定的低直流電壓，以驅(qū)動各種電子在系統(tǒng)板上加載。此類系統(tǒng)板還使用放大器，運算放大器和傳感器等功能，這些功能可在穩(wěn)壓，負電源或分離電源上工作，以保持AC信號的清潔。

將此未調(diào)節(jié)的負電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓負電源或調(diào)節(jié)的負升壓電壓以及正調(diào)節(jié)電壓并非無足輕重。使用分立組件時，每種拓撲結(jié)構(gòu)都很復雜且耗時。更重要的是，它不能保證性能，并且在占用更多電路板空間的同時可以降低成本。

為了使設(shè)計人員能夠輕松完成這項任務(wù)，凌力爾特公司開發(fā)了一種新穎的同步多拓撲DC/DC控制器LT8709，可通過負輸入輕松配置降壓，升壓，降壓 - 升壓和反相拓撲，使其適用于各種電源設(shè)計。此外，它的同步操作意味著輸出二極管被高效率的P溝道MOSFET取代，從而提高了效率，并允許更高的輸出電流高達20 A.因此，它消除了通常在介質(zhì)中所需的散熱器。高功率應(yīng)用，使設(shè)計人員能夠生成各種具有負輸入電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換解決方案，適用于各種電源設(shè)計。

本文研究了這種新型DC/DC控制器的架構(gòu)，以了解為什么它很容易產(chǎn)生降壓，升壓和降壓 - 升壓，以及反向負輸入電壓拓撲。除了揭示其獨特的功能和特性之外，我們還將展示基于LT8709的負極到負極和負極到正極DC/DC轉(zhuǎn)換解決方案的工作示例，以滿足所需的輸出負載電流。還將討論設(shè)計示例的測量性能結(jié)果。

多拓撲控制器

根據(jù)Linear的產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)理Albert Wu的說法，DC/DC控制器的反饋電路是獨一無二的。如圖1所示，單反饋（FBY）引腳將多拓撲控制器配置為降壓，升壓，降壓 - 升壓或反相轉(zhuǎn)換器。該架構(gòu)可確保FBY引腳的電壓始終相對于控制器芯片的接地（GND）引腳。連接在VOUT和FBY引腳之間的電阻RFBY使用以下公式計算：。

對于負輸出電壓，（1）

對于正輸出電壓，（2）

圖1：LT8709負輸入同步多拓撲的內(nèi)部框圖DC/DC控制器。

LT8709還具有創(chuàng)新的EN/FBIN引腳電路，允許緩慢變化的輸入信號和可調(diào)節(jié)的欠壓鎖定（UVLO）功能。該引腳還用作輸入電壓調(diào)節(jié)，以避免高阻抗輸入電源崩潰。還集成了諸如頻率折返，熱關(guān)斷和軟啟動等附加功能。 LT8709的軌到軌輸出電流檢測允許控制器配置為限流應(yīng)用，如電池或電容充電。此外，它還具有PG引腳，用于電源良好指示。

使用內(nèi)部振蕩器，控制器的開關(guān)頻率可以通過電阻RT輕松設(shè)置在100 kHz和750 kHz之間，電阻RT從RT引腳連接到-VIN引腳。但是，它也可以與外部時鐘同步。 LT8709采用20引腳TSSOP封裝。

選擇開關(guān)頻率是效率和元件尺寸之間的權(quán)衡。雖然低開關(guān)頻率通過降低MOSFET損耗來提高效率，但它需要更大的電感和/或電容來維持低輸出紋波電壓。

該輸入范圍為-4.5 V至-80 V，可配置各種DC/DC轉(zhuǎn)換解決方案。讓我們首先使用負降壓轉(zhuǎn)換器，如圖2所示。在此應(yīng)用中，LT8709拓撲結(jié)構(gòu)從更負的輸入電壓產(chǎn)生負輸出電壓。根據(jù)這種設(shè)計（取自控制器的數(shù)據(jù)手冊），該電路在-16 VDC至-30 VDC的輸入電壓下，在8.5 A時產(chǎn)生-12 VDC。用于計算外部無源元件（包括電感）值的公式在數(shù)據(jù)表 ¹ 的表1中給出。在此設(shè)計中，反饋電阻RFBY1和RFBY2通過將FBY引腳相對于GND引腳調(diào)節(jié)至-1.234 V來設(shè)置輸出電壓。

圖2：LT8709配置為負到負極降壓轉(zhuǎn)換器。元件值的開關(guān)頻率為250 kHz，-16 VDC至-30 VDC輸入至-12 VDC輸出，負載電流為8.5 A.

描述此配置的負載電流變化的測量效率響應(yīng)在圖3中，負輸入（-VIN）為-24 V.曲線表明從低負載到高負載的轉(zhuǎn)換效率保持在90％以上。從中負載到滿負載，它超過95％。同樣，輸出負載階躍的瞬態(tài)響應(yīng)非常高。

圖3：輸入電壓VIN = -24 V時的效率和功率損耗與負載電流的關(guān)系。

類似地，圖4顯示了負向正反相轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)。在此設(shè)計中，LT8709從負輸入電壓產(chǎn)生正5 V輸出電壓，具有更大，相等或更小的幅度。單個反饋電阻RFBY通過參考GND引腳電壓將FBY引腳調(diào)節(jié)至-15.8 mV來設(shè)置輸出電壓。該逆變器設(shè)計的元件值基于LT8709數(shù)據(jù)手冊 ¹ 的表2中提供的公式。

圖4：Linear Tech的LT8709配置為負向正反相轉(zhuǎn)換器，在4 A負載電流下產(chǎn)生正5 V輸出電壓從-4.5 V至-42 V的負輸入電壓范圍。

LT8709的數(shù)據(jù)手冊還提供了拓撲特定的布局指南，以實現(xiàn)電源電路的最佳散熱，效率和EMI性能。遵循這些指導原則將有助于您實現(xiàn)所需的性能。

雖然本文僅提供了兩個基于LT8709的設(shè)計實例，負降壓和反相轉(zhuǎn)換器，但產(chǎn)品數(shù)據(jù)表詳細介紹了其他拓撲結(jié)構(gòu)的解決方案，即負降壓 - 升壓和負升壓。簡而言之，LT8709是一款多功能控制器，使設(shè)計人員能夠使用單個反饋電阻，兩個同步MOSFET和一些無源元件生成各種負輸入DC/DC轉(zhuǎn)換器解決方案。

有關(guān)本文中討論的同步降壓控制器和穩(wěn)壓器的更多信息，請使用提供的鏈接訪問Digi-Key網(wǎng)站上的產(chǎn)品頁面。

參考

1. T8709數(shù)據(jù)表