如何利用无变压器的高压降压控制器实现电压转换

摘要

在低电压情形中，通常使用无变压器的开关模式电源。但在某些应用中，也可改为使用高压降压控制器等新型器件。高压降压控制器能够实现简洁的设计，从而避免了使用变压器所带来的成本和难度。而且，高压降压控制器具备高功率转换效率，支持高输出电压，并可用于从正电源生成高负电压。

引言

基于降压转换器原理的开关模式电源广泛用于各类电子应用。它们不需要变压器，只需一个简单的线圈即可高效地将高电压转换为低电压。此类转换器应用广泛，设置也相当简单。在典型应用中，电源电压最高可达60 V，输出电压可达12 V。如果电源电压更高，或者希望输出电压更高时，可供选择的转换器IC通常较少。

当然，利用开关稳压器在更高电压下进行电压转换也是可行的，但由于使用基于变压器的转换器拓扑，如反激或正激类型，因而需要笨重且昂贵的变压器。

图1.无变压器的降压开关稳压器的拓扑结构

图1中的两个开关S1和S2主要控制输入电压的最大可能范围。然而，电压转换器IC中的相应驱动器也必须能够生成S1开关所需的高栅极电压。该电压是最大电源电压与MOSFET所需的阈值电压之和。因此，除了MOSFET，电压转换器IC也必须根据要求进行相应的选择。图2显示了LTC7897控制器IC，它支持高达135 V（绝对最大值140 V）的电源电压。使用这款IC时，输出电压也可以非常高，最高可达135 V，只要低于输入电压即可。

这款高压降压控制器可以将100 V转换为12 V。由于此设计使用分立开关，因此可以选择支持大电流的MOSFET。例如，图2中的电路可以产生20 A负载电流和12 V输出电压。

图2.工作电压最高可达135 V的LTC7897降压控制器（简化电路）

除了图2中将高电压转换为低电压的例子之外，还有一种场景是利用高正电压获得负电压。实现这种转换的一种可能拓扑是反相降压-升压控制器拓扑。这种电路不需要变压器，只需一个简单的线圈即可从正输入电压生成负电压。

反相降压-升压拓扑要求电压转换器具备足够高的最大电压承受能力，至少要能承受可用电源电压与所生成负输出电压的绝对值之和。如果VIN为48 V，所需的VOUT为-65 V，则开关电源转换器的电压额定值必须至少为103 V。因此，具有高电压额定值的开关模式电源特别适合生成高负电压。

图3显示了LTC7897在反相拓扑中将48 V电源电压转换为-65 V输出电压。

图3.高电压能力在反相拓扑中特别重要（简化电路）

结论

在高电压下工作的开关模式电源，不一定需要选择基于变压器的拓扑。采用适当的电源转换器IC，例如LTC7897，许多应用可以正常运行，而不必使用复杂且成本高昂的变压器。