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单个降压控制器(具有两路输出)的双极性电源设计

时间：2024-11-19 15:24:38

关键字：工业 DC-DC 拓扑结构

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[导读]工业、汽车、IT和网络公司是电源电子、半导体、器件和系统的主要购买者与消费者。这些公司使用各种可用的DC-DC转换器拓扑结构，采用不同形式的降压、升压和SEPIC结构。

工业、汽车、IT和网络公司是电源电子、半导体、器件和系统的主要购买者与消费者。这些公司使用各种可用的DC-DC转换器拓扑结构，采用不同形式的降压、升压和SEPIC结构。理想情况下，这些公司会针对每个新项目使用专门的控制器。然而，采用新芯片需要大量投资，因为必须花费很多时间和成本来测试新器件是否符合汽车标准，以及验证其在特定应用、条件和设备中的功能。显然，为了降低开发和设计成本，不同应用应采用已经过批准和验证的控制器。

用于生成电源的最常用拓扑结构是降压转换器。但是，这种拓扑结构仅限于从高于输出的输入电压产生正输出。当输入电压低于输出电压时，不能直接利用它来产生负电压或提供稳定的输出。产生输出的这两个方面在汽车电子中均很重要，因为需要负电压来为放大器供电，或者当输入电压轨显著降低时，在冷起动的情况下整个系统必须连续正常工作。本文详细介绍了在SEPIC、Cuk和升压转换器中使用简单降压控制器的方法。从公共输入轨产生负电压和正电压

图1显示了基于单个降压控制器(具有两路输出)的双极性电源设计。为了最大限度地利用该芯片，必须使用一路输出来产生正电压，使用第二路输出来产生负电压。此电路的输入电压范围为6 V至40 V。

VOUT1产生10 A、3.3 V的正电压，VOUT2产生3 A、-12 V的负电压。两路输出均由U1控制。第一路输出V OUT1是简单的降压转换器。第二路输出的结构更复杂一些。V OUT2相对于GND为负，故使用差分放大器U2来检测负电压并将其调整为0.8 V基准电压。在这种方法中，U1和U2均以系统GND为基准，这大大简化了电源的控制和功能。如果需要其他输出电压，以下表达式有助于计算RF2和RF3的电阻值。

图1. LTC3892的电气原理图，可产生正负电压。VOUT1为10 A、3.3 V，VOUT2为3 A、-12 V。

V OUT2电源系采用Cuk拓扑结构，相关技术文献中对此有广泛介绍。为了解电源系元件上的电压，需要使用以下基本公式。

VOUT2效率曲线如图2所示。这种方法的LTspice®仿真模型参见此处。在本例中，LTC3892 转换器的输入为10 V至20 V。输出电压为10 A、+5 V和5 A、-5 V。

图2. 14 V输入电压时负输出的效率曲线。从波动输入轨产生稳定电压

图3所示转换器的电气原理图支持两路输出：VOUT1为10A、3.3 V，VOUT2为3 A、12 V。输入电压范围为6 V至40 V。VOUT1以类似方式创建，如图1所示。第二路输出是SEPIC转换器。与上面的Cuk一样，该SEPIC转换器基于非耦合的双分立电感解决方案。分立扼流圈的使用显著扩大了可用磁性材料的范围，这对于成本敏感型器件非常重要。