由電荷泵產(chǎn)生負(fù)輔助電源輸出

LX端電壓的偏移可被用來(lái)產(chǎn)生提供非穩(wěn)壓輔助負(fù)輸出的電荷泵的輸入源。由于LX處的電壓沒(méi)有與V_IN的變化隔離，所以額外輸出為非穩(wěn)壓輸出。圖5給出了額外的電荷泵電路。

當(dāng)電源開(kāi)關(guān)在電源周期開(kāi)始時(shí)關(guān)閉，電流經(jīng)R6流過(guò)C7，并以斜坡形式開(kāi)始流入電感L1(圖6)。當(dāng)D1在反激周期中導(dǎo)通時(shí)，C7內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移到C8和負(fù)載。R6是一個(gè)很重要的附加元件，它限制流過(guò)C7的峰值電流。如果沒(méi)有R6，電流值將超過(guò)電源開(kāi)關(guān)的電流限制，導(dǎo)致電源周期的提前結(jié)束，甚至關(guān)閉被保護(hù)的降壓轉(zhuǎn)換器(如MAX5035)。由于R5和C7的存在，非穩(wěn)壓電荷泵的源電阻為：

其中占空比D為：

V_{OUT_MAIN}等于主降壓轉(zhuǎn)換電路的輸出。

因此有：

確定非穩(wěn)壓電荷泵的源電阻使設(shè)計(jì)工程師可以評(píng)估負(fù)載變化時(shí)電荷泵的輸出電壓。電荷泵輔助電源的開(kāi)路輸出電壓近似為：

-V_{AUX_OIC}=V_LX+V_{DIODE_1}-V_{DIODE_2}-V_DIODE

這里假設(shè)C8上的電荷不會(huì)產(chǎn)生電壓毛刺(+20%)。

帶有負(fù)載電阻的電荷泵輔助電源輸出電壓為：

如果電容值在1至10μF的范圍內(nèi)，R1將成為主要的源阻抗。輸出紋波幾乎全部由C8的ESR引起。由于電荷泵為非穩(wěn)壓型，所以可能需要用線(xiàn)性穩(wěn)壓器連接輸出，以提供經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的負(fù)輸出。這種配置的優(yōu)勢(shì)包括可以使用小型元件，且成本比1:1變壓器結(jié)構(gòu)電路更低。

然而，其缺點(diǎn)在于：

1)非穩(wěn)壓輸出，在輸出處需要額外的穩(wěn)壓器；2)要求很高的峰值電流(約為4×I_{OUT_AVE})以產(chǎn)生合適的輔助負(fù)載電流；3)只提供負(fù)的輔助電源輸出；4)只能以地為參考；5)輔助電源輸出具有最小負(fù)載的要求以免產(chǎn)生過(guò)電壓毛刺；6)主電源正輸出具有最小負(fù)載的要求以維持LX的開(kāi)關(guān)操作。

SEPIC輔助電源

通過(guò)讓次級(jí)電感L2與主降壓轉(zhuǎn)換電路中的電感L1共享同一磁芯，并由此具有相同磁通量，也可從LX引腳上獲得負(fù)輸出。在圖7中，C5、D2、C6和L2組成一個(gè)單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)拓?fù)?。在LX引腳上驅(qū)動(dòng)正輸出降壓轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換信號(hào)，與驅(qū)動(dòng)負(fù)輸出的信號(hào)具有相同電壓。在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通期間，L1上的電壓等于V_LX-V_OUT；在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，電壓等于V_OUT+V_{DIODE_1}。通過(guò)1:1變壓器，該電壓也被加到L2上，并與D2和C5一起產(chǎn)生V_OUT輸出。由于L1和L2線(xiàn)圈耦合得并不非常理想，所以C5可以提供SEPIC連接并改善一般反激式輔助電源輸出的穩(wěn)壓效果。

這里需要選擇合適的耦合電容(C5)以使C5上電壓波紋很低，所選的C5值為輔助負(fù)載電流占空比和時(shí)鐘周期的函數(shù)。

若V_IN=15V，紋波為1%，輸出電流為200mA，T=8μs(MAX5035)，D_MIN=0.3，則有C5_MIN=3.2μF。本例選擇10μF的C5_MIN。

這一系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于：1)準(zhǔn)穩(wěn)壓輸出；2)電感電流波形“干凈”，噪聲更??；3)由于采用耦合電感，紋波減少；4)只需單個(gè)的磁元件(現(xiàn)成的1:1變壓器)。

系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于：

1)只提供-V_OUT；2)輸出以地為參考。

上述例子雖然選用了MAX5035，但也可以采用輸出電壓更低的MAX5033，但輸出電壓有所降低。以下是對(duì)三種技術(shù)的總結(jié)：

反激式輔助電源輸出：為讓輔助電源輸出的參考電壓完全獨(dú)立，在主降壓轉(zhuǎn)換電感中增加了線(xiàn)圈、肖特基二極管和電容的反激電路非常有吸引力，且輸出經(jīng)過(guò)了適當(dāng)穩(wěn)壓。通過(guò)采用1:1變壓器(對(duì)MAX5035采用的變壓器為Cooper Bussmann DRQ125-101)，輔助電源輸出可以等于以地或主V_OUT為參考的±V_OUT。輔助電源輸出電流最高可達(dá)主電源輸出電流的20%，但是主電感電流有一些失真。

電荷泵反相器：這是成本最低的一個(gè)方案(沒(méi)有額外的電感線(xiàn)圈)。由于高峰值電流和電壓與該拓?fù)湎嚓P(guān)，所以該方案適用于低功率輸出。開(kāi)路時(shí)的輸出約為-V_IN，并隨著輔助電源輸出上負(fù)載的增大而降低。建議最大負(fù)載為主電源正輸出的5%或更小。

耦合電感的SEPIC輔助電源輸出：該方案在接地系統(tǒng)上并不通用，耦合電感SEPIC拓?fù)鋬H提供以地為參考的穩(wěn)壓輸出-V_OUT。穩(wěn)壓效果優(yōu)于反激式方案，且電感電流波形失真小。輔助電源輸出電流可達(dá)到主電源輸出的20%，耦合電感還有助于減小輔助電源輸出的紋波。

主電源正輸出必須始終保持在有效狀態(tài)，且主降壓轉(zhuǎn)換電感上必須有連續(xù)電流。輔助電源輸出要求額外的峰值電流，這點(diǎn)在考慮主電源輸出的最小負(fù)載和輔助電源輸出的最大負(fù)載時(shí)要特別注意。