降壓—升壓適配器設計中降壓控制器的使用

      適配器通常都工作在正穩(wěn)壓輸出 電壓下，而這些電壓一般都是由降壓穩(wěn)壓器來提供的。如果同時還需要負輸出電壓， 那么在降壓—升壓拓撲中就可以配臵相 同的降壓控制器。負輸出電壓降壓—升壓 有時稱之為負反向，其工作占空比為 50%， 可提供相當于輸入電壓但極性相反的輸 出電壓。其可以隨著輸入電壓的波動調節(jié) 占空比，以“降壓” 或“升壓” 輸出電壓 來維持穩(wěn)壓。

       圖 1 顯示了一款精簡型降壓—升壓 電路，以及電感上出現(xiàn)的開關電壓。這樣 一來該電路與標準降壓轉換器的相似性 就會頓時明朗起來。實際上，除了輸出電 壓和接地相反以外，它和降壓轉換器完全 一樣。這種布局也可用于同步降壓轉換器。 這就是與降壓或同步降壓轉換器端相類 似的地方，因為該電路的運行與降壓轉換 器不同。

       FET 開關時出現(xiàn)在電感上的電壓不同 于降壓轉換器的電壓。正如在降壓轉換器 中一樣，平衡伏特-微秒 (V-μs) 乘積以防 止電感飽和是非常必要的。當 FET 為開 啟時(如圖 1 所示的 ton 間隔)，全部輸 入電壓被施加至電感。這種電感“點” 側 上的正電壓會引起電流斜坡上升，這就帶 來電感的開啟時間 V-μs 乘積。 FET 關閉 (toff) 期間，電感的電壓極性必須倒轉以 維持電流，從而拉動點側為負極。電感電 流斜坡下降，并流經(jīng)負載和輸出電容，再 經(jīng)二極管返回。電感關閉時 V-μs 乘積必 須等于開啟時 V-μs 乘積。由于 Vin 和 Vout 不變，因此很容易便可得出占空比 (D) 的表達式： D=Vout/(Vout " Vin)。 這種控制電路通過計算出正確的占空比 來維持輸出電壓穩(wěn)壓。上述表達式和圖 1 所示波形均假設運行在連續(xù)導電模式下。

圖 1 降壓—升壓電感要求平衡其伏特-微秒乘積

      降壓—升壓電感必須工作在比輸出 負載電流更高的電流下。其被定義為 IL = I/(1-D)，或只是輸入電 流與輸出電流相加。對于和輸入電壓大小 相等的負輸出電壓(D = 0.5)而言，平均電 感電流為輸出的 2 倍。

       有趣的是，連接輸入電容返回端的方 法有兩種，其會影響輸出電容的 rms 電 流。典型的電容布局是在 +Vin 和 Gnd 之間，與之相反，輸入電容可以連接在 +Vin 和 "V 之間。利用 這種輸入電容配臵可降低輸出電容的 rms 電流。然而，由于輸入電容連接至 "Vout， 因此 "Vout 上便形成了一個電容性分壓 器。這就在控制器開始起作用以前，在開 啟時間的輸出上形成一個正峰值。為了最 小化這種影響，最佳的方法通常是使用一 個比輸出電容要小得多的輸入電容，請參 見圖 2 所示的電路。輸入電容的電流在 提供 dc 輸出電流和吸收平均輸入電流 之間相互交替。 rms 電流電平在最高輸入 電流的低輸入電壓時最差。因此，選擇電 容器時要多加注意，不要讓其 ESR 過高。 陶瓷或聚合物電容器通常是這種拓撲較 為合適的選擇。