圖2中的電路采用一個(gè)簡單的電壓電平移位器,用一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器控制一個(gè)帶低側(cè)IC的導(dǎo)通晶體管,該IC有以地為基準(zhǔn)的柵極驅(qū)動(dòng)。由于PWM IC中的電平移位電路不用承受大電壓,因此可以實(shí)現(xiàn)任意高輸入電壓的轉(zhuǎn)換器。
帶低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)的PWM IC可以為N溝道MOSFET供電,當(dāng)它們有正的柵源電壓時(shí)導(dǎo)通。圖2中的電路使用P溝道器件作高側(cè)MOSFET;它在柵源電壓為負(fù)時(shí)導(dǎo)通。因此,必須將來自PWM控制器的控制信號(hào)作反轉(zhuǎn)。Q2和Q3構(gòu)成的MOSFET圖騰柱結(jié)構(gòu)也能工作,不過也可以采用一個(gè)反相柵極驅(qū)動(dòng)器。
電容C2完成電平移位功能。它的值必須足夠大,從而在開關(guān)頻率下維持自己的電荷,而其電壓又要足夠小,跟得上輸入電壓的變化。電阻R1和P溝道MOSFET Q3將C2充電至電壓VC=VIN–VCC,其中VC是C2的電壓,VIN是輸入電壓,而VCC是Q2和Q3圖騰柱結(jié)構(gòu)及PWM IC的供電電壓。供電電壓必須低于齊納二極管D2的擊穿電壓。另外,每當(dāng)Q2導(dǎo)通時(shí)電流都會(huì)流經(jīng)D2和C2,降低了效率。D2將C2的電壓限制在上式中的值。當(dāng)Q3導(dǎo)通時(shí),如果試圖升壓則D2變?yōu)檎?。?dāng)Q3導(dǎo)通時(shí),該電路在Q1柵源極之間施加的電壓為0V,當(dāng)Q2導(dǎo)通時(shí)加的電壓為–VCC。
電阻R1亦確保了Q1柵源電容的放電,當(dāng)圖騰柱輸出電壓為高時(shí),它保持Q1的關(guān)斷。二極管D2將Q1的柵源電壓限制在12V,無論電路輸入電壓是多少。電容C2對(duì)Q1的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖是透明的,因此電路的柵極驅(qū)動(dòng)能力與圖騰柱電路本身一樣好。因此,電平移位對(duì)于電路可以驅(qū)動(dòng)的MOSFET大小沒有限制。
圖3表示一個(gè)采用這種方案的實(shí)際降壓轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為18V~45V,其輸出電壓在1.5A輸出電流時(shí)為12V。轉(zhuǎn)換器使用美國國家半導(dǎo)體公司的LM5020-1反激/升壓/正激/SEPIC(單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器)PWM控制IC。
圖中保留了為前圖而設(shè)計(jì)的元件,但增加了一些功能,如C9的輸入電壓過濾,R2和R7的輸入欠壓鎖定,C3的軟起動(dòng)功能,12.7 kΩ R3的500 kHz開關(guān)頻率設(shè)置功能,C7、C8和R6的反饋補(bǔ)償,以及R9和R10的輸出電壓設(shè)置。
LM5020-1提供了電流模式控制,但在本電路中,它采用的是電壓模式控制。一個(gè)峰值為50μA的內(nèi)部鋸齒波電流源用于電壓的斜升,為一個(gè)電流信號(hào)增加斜率補(bǔ)償。這個(gè)電流流經(jīng)5.11kΩ電阻R4和一個(gè)2kΩ的內(nèi)部電阻,在CS腳(Pin 8)產(chǎn)生一個(gè)50μA × (2kΩ + 5.11kΩ)≈ 300 mV的峰峰值電壓。COMP腳(Pin3)將這個(gè)鋸齒波與COMP腳的輸出誤差電壓作比較,為Q1生成正確的占空比信號(hào)。
圖4是電路的開關(guān)波形。示波器通道1(下方曲線)表示LM5020-1生成的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。通道2(中間曲線)表示相應(yīng)的圖騰柱輸出電壓。通道3(上方曲線)表示Q1柵源之間的電平轉(zhuǎn)換后圖騰柱輸出電壓。Q1柵源電壓的峰值等于輸入電壓,其波幅大約為8V,即LM5020-1內(nèi)部產(chǎn)生的供電信號(hào)值。所有波形都很清晰,上升與下降時(shí)間均很短。該電路的滿負(fù)荷效率在輸入電壓為18V和45V時(shí)分別為86%和83%。
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