【導(dǎo)讀】本文將深入探討兩種基于主流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器架構(gòu)改造而成的無(wú)變壓器電壓反相方案，它們通過(guò)巧妙的拓?fù)渲貥?gòu)，分別將降壓型（Buck）穩(wěn)壓器改造為負(fù)壓輸出，以及將升壓型（Boost）轉(zhuǎn)換器重塑為正壓輸出，為應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)提供了高效且易于實(shí)現(xiàn)的工程路徑。
摘要
本文將深入探討兩種基于主流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器架構(gòu)改造而成的無(wú)變壓器電壓反相方案，它們通過(guò)巧妙的拓?fù)渲貥?gòu)，分別將降壓型（Buck）穩(wěn)壓器改造為負(fù)壓輸出，以及將升壓型（Boost）轉(zhuǎn)換器重塑為正壓輸出，為應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)提供了高效且易于實(shí)現(xiàn)的工程路徑。
引言
電源轉(zhuǎn)換器常用于從現(xiàn)有電壓軌為電路生成穩(wěn)定的電源電壓。在大多數(shù)應(yīng)用中，電壓通過(guò)降壓轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器降低。但有時(shí)候，電壓需要升高，而這通常利用升壓型轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。降壓和升壓這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用于許多領(lǐng)域。
然而，有時(shí)電壓需要反相。在大多數(shù)情況下，需要將正電源電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)電壓。這是為了給信號(hào)路徑中的傳感器供電，使其能夠處理具有正負(fù)電壓偏轉(zhuǎn)的信號(hào)。例如，+5V和-5V用作運(yùn)算放大器的電源，以處理信號(hào)電壓。某些應(yīng)用需要負(fù)電壓來(lái)安全關(guān)斷MOSFET的柵極。要從現(xiàn)有正電壓產(chǎn)生負(fù)電壓，圖1所示的反相拓?fù)涫呛线m的方案。其中，正電壓被轉(zhuǎn)換為負(fù)電壓。這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要變壓器，可以利用標(biāo)準(zhǔn)降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC構(gòu)建。降壓型穩(wěn)壓器的輸出電壓連接至系統(tǒng)接地端，GND引腳電壓產(chǎn)生負(fù)電壓，該負(fù)電壓可通過(guò)電阻分壓器Rfb1和Rfb2進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖1.從正電壓產(chǎn)生負(fù)電壓的開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換器
除了這種應(yīng)用之外，有時(shí)還需要將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換為正電壓。一種常見(jiàn)應(yīng)用是在電信領(lǐng)域，其中必須將-48 V轉(zhuǎn)換為+48 V。此外，在工業(yè)領(lǐng)域也有應(yīng)用。針對(duì)這一需求，確實(shí)存在一種不需要變壓器的高效解決方案。圖2展示了一種反相升壓轉(zhuǎn)換器，它能從負(fù)電壓產(chǎn)生正電壓。它需要的不是降壓型穩(wěn)壓器，而是升壓型穩(wěn)壓器IC。電源電平必須以適當(dāng)?shù)姆绞皆O(shè)計(jì)，使得開(kāi)關(guān)的相應(yīng)體二極管沿正確的方向?qū)ā?/p>
圖2.從負(fù)電壓產(chǎn)生正電壓的開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換器
為了高效地將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換為正電壓并實(shí)現(xiàn)多種特性，需要額外的元器件。例如，不同的設(shè)置引腳需要電平轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)或時(shí)鐘同步等功能。這些引腳上允許的電壓范圍取決于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC的GND引腳，即負(fù)輸入電壓。
圖3.LTC7899電路的LTspice電路圖
為了在較高功率下也能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的切換，可以使用專(zhuān)用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC來(lái)有效完成從負(fù)電壓到正電壓的轉(zhuǎn)換。LTC7899就是這樣的IC。它是一款開(kāi)關(guān)電源升壓轉(zhuǎn)換器控制器，專(zhuān)為將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換為正電壓而設(shè)計(jì)。它使用外部開(kāi)關(guān)，而且同步工作，并在輸入和輸出之間提供高達(dá)135 V的極寬電壓范圍。圖3顯示了仿真程序LTspice?中的LTC7899反相電路實(shí)現(xiàn)方案，用戶(hù)可借助該軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真分析。
結(jié)語(yǔ)
綜上所述，通過(guò)合理改造降壓型或升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的基本拓?fù)?，工程師能夠利用成熟、高效的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，簡(jiǎn)潔地滿足系統(tǒng)對(duì)負(fù)電壓或正電壓的生成需求。不過(guò)，若要打造出性能卓越、操作便捷的電路，選用像LTC7899這類(lèi)特殊的開(kāi)關(guān)控制器，無(wú)疑是一個(gè)明智且合適的選擇，能為電源管理帶來(lái)更高效、穩(wěn)定的體驗(yàn)。
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