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輕松設(shè)計精密雙極性電源，你學(xué)會了嗎？

時間：2021-08-19 16:12:20
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[導(dǎo)讀]工業(yè)、汽車、IT和網(wǎng)絡(luò)公司是電力電子、半導(dǎo)體、器件和系統(tǒng)的主要購買者與消費者。這些公司使用各種可用的DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用不同形式的降壓、升壓和SEPIC結(jié)構(gòu)。理想情況下，這些公司會針對每個新項目使用專門的控制器。然而，采用新芯片需要大量投資，因為必須花費很多時間和成本來...


工業(yè)、汽車、IT和網(wǎng)絡(luò)公司是電力電子、半導(dǎo)體、器件和系統(tǒng)的主要購買者與消費者。這些公司使用各種可用的DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用不同形式的降壓、升壓和SEPIC結(jié)構(gòu)。理想情況下，這些公司會針對每個新項目使用專門的控制器。

然而，采用新芯片需要大量投資，因為必須花費很多時間和成本來測試新器件是否符合汽車標(biāo)準(zhǔn)，以及驗證其在特定應(yīng)用、條件和設(shè)備中的功能。顯然，為了降低開發(fā)和設(shè)計成本，不同應(yīng)用應(yīng)采用已經(jīng)過批準(zhǔn)和驗證的控制器。


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，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)生輸出的這兩個方面在汽車電子中均很重要，因為需要負(fù)電壓來為放大器供電，或者當(dāng)輸入電壓軌顯著降低時，在冷起動的情況下整個系統(tǒng)必須連續(xù)正常工作。今天我們詳細(xì)介紹在SEPIC、Cuk和升壓轉(zhuǎn)換器中使用簡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顯示了基于單個降壓控制器（具有兩路輸出）的雙極性電源設(shè)計。


輕松設(shè)計精密雙極性電源，你學(xué)會了嗎？

圖1. LTC3892的電氣原理圖，可產(chǎn)生正負(fù)電壓。VOUT1為10 A、3.3 V，VOUT2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。VOUT1產(chǎn)生10 A、3.3 V的正電壓，VOUT2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VOUT1是簡單的降壓轉(zhuǎn)換器。第二路輸出的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜一些。VOUT2相對于GND為負(fù)，故使用差分放大器U2來檢測負(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)式有助于計算RF2和RF3的電阻值。


輕松設(shè)計精密雙極性電源，你學(xué)會了嗎？


VOUT2電源系采用Cuk拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)中對此有廣泛介紹。為了解電源系元件上的電壓，需要使用以下基本公式。


輕松設(shè)計精密雙極性電源，你學(xué)會了嗎？


VOUT2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。


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圖2. 14 V輸入電壓時負(fù)輸出的效率曲線。







從波動輸入軌產(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：VOUT1為10A、3.3 V，VOUT2為3 A、12 V。輸入電壓范圍為6 V至40 V。


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


VOUT1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大了可用磁性材料的范圍，這對于成本敏感型器件非常重要。

輕松設(shè)計精密雙極性電源，你學(xué)會了嗎？

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（例如在冷起動或電源切斷時）的功能。軌電壓VIN圍繞相對標(biāo)稱值12 V下降或上升。但是，VOUT1和VOUT2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。


輕松設(shè)計精密雙極性電源，你學(xué)會了嗎？

圖4. 軌電壓從14 V降至7 V，VOUT1和VOUT2均處于穩(wěn)壓狀態(tài)。


輕松設(shè)計精密雙極性電源，你學(xué)會了嗎？

圖5. 軌電壓從14 V升至24 V，但VOUT1和VOUT2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?，這對于汽車和工業(yè)電子供應(yīng)商來說非常重要，因為一旦經(jīng)過核準(zhǔn)，他們便可基于同一控制器設(shè)計出提供各種輸出電壓的電源。





LTC3892

  • 寬 VIN?范圍：4.5V 至 60V (絕對最大值為 65V)

  • 寬輸出電壓范圍：0.8V ≤ VOUT?≤ 99% ? VIN

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

  • 無需外部自舉二極管

  • 低工作 IQ：29μA (一個通道導(dǎo)通)

  • 可選的柵極驅(qū)動欠壓閉鎖 (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 IQ：3.6μA

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




輕松設(shè)計精密雙極性電源，你學(xué)會了嗎？“新鮮的”不見得是“新的”

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