制造商降低電子元件成本的一種相對(duì)簡(jiǎn)單的方法是將相同的設(shè)計(jì)或元件用于不同的應(yīng)用。成本節(jié)約不僅體現(xiàn)在明顯批量采購(gòu)相同零件上，還體現(xiàn)在最大限度地減少了所需的認(rèn)證流程數(shù)量。資格認(rèn)證對(duì)于運(yùn)輸行業(yè)尤其重要，尤其是對(duì)汽車制造商而言。通常，這是一個(gè)昂貴的過(guò)程，涉及測(cè)試設(shè)備的堅(jiān)固性、可靠性和使用壽命。

本文介紹如何在兩種截然不同的拓?fù)渲惺褂孟嗤脑?a target="_blank">IC控制器和動(dòng)力傳動(dòng)系）：公共降壓轉(zhuǎn)換器和反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。通過(guò)專門檢查反相降壓-升壓輸出端的反向電壓波動(dòng)，以及在這種拓?fù)渲惺褂米畋阋说臉O化電容器的方法，探討了反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的元件要求。因此，提出了一種簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，用于使用相同的IC設(shè)計(jì)正降壓和負(fù)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

正輸出，降壓轉(zhuǎn)換器

正輸出降壓轉(zhuǎn)換器的電氣原理圖如圖1所示。轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生穩(wěn)定的V外5 V，15 A 從輸入電壓 V在范圍為 5 V 至 38 V。動(dòng)力傳動(dòng)系包括調(diào)制（高端）MOSFET Q1 和 Q2、整流（低側(cè)）MOSFET Q3 和 Q4、電感器 L1、電解和陶瓷輸入濾波電容器 C 的組合合1和 C合2，以及用于輸出濾波器和控制器的類似電容器組合。

圖1.帶V的降壓降壓轉(zhuǎn)換器的電氣原理圖在5 V 至 38 V 和 V外5 V，15 A。

電阻器 RS如果采用峰值電流模式控制器，則可用作電流檢測(cè)元件，或在電壓模式控制中用作短路保護(hù)電路的一部分。輸入電容C合1和 C合2終止于 GND;但是，可選的 C合3和 C合4端接至輸出，并用于負(fù)降壓-升壓解決方案。

降壓轉(zhuǎn)換器的功能經(jīng)過(guò)廣泛研究，易于獲得。在本文中，我們只是簡(jiǎn)要說(shuō)明動(dòng)力傳動(dòng)系組件上的電壓和電流應(yīng)力。它與新設(shè)計(jì)中組件的初步選擇和現(xiàn)有解決方案的粗略評(píng)估有關(guān)。假設(shè)連續(xù)導(dǎo)通模式 （CCM） 操作，可以使用以下表達(dá)式。

負(fù)輸出、負(fù)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

圖2所示的負(fù)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器原理圖與圖1中的降壓轉(zhuǎn)換器原理圖類似。值得注意的是，兩者都使用相同的組件來(lái)提供動(dòng)力傳動(dòng)系、互連和控制器?？刂破鞯慕拥亍㈤_關(guān) MOSFET 和輸入/輸出濾波器存在差異。這些反相轉(zhuǎn)換器元件的接地為 –V外.電感L1端接至系統(tǒng)（輸入）地。

圖2.帶V的反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的電氣原理圖在2 V 至 33 V，V外–5 V，15 A，啟動(dòng)輸入電壓+5 V。

與降壓轉(zhuǎn)換器不同，電容器C合3和 C合4在此解決方案中不是可選的;它們充當(dāng)輸入過(guò)濾器。電容器 C合1和 C合2V之間的交流濾波器在和 –V外鐵軌。以下表達(dá)式可用于估計(jì)假設(shè) CCM 操作的動(dòng)力傳動(dòng)系組件上的應(yīng)力。

轉(zhuǎn)換器功能和測(cè)試

有大量文獻(xiàn)涵蓋了這兩種轉(zhuǎn)換器的基本甚至高級(jí)功能。1在本文的其余部分，我們將研究很少討論的因素。

首先，降壓拓?fù)浜徒祲?升壓拓?fù)渲g的輸出濾波器功能存在根本差異。在降壓配置中，電感器硬連線至輸出濾波器，以CCM為單位提供連續(xù)輸出電流。與降壓拓?fù)洳煌?，降?升壓拓?fù)洳粌H將電感連接到輸出端。在Q1/Q2導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，電感L1與輸出濾波器斷開，輸出濾波器電容是負(fù)載的唯一能量來(lái)源。因此，必須有足夠的輸出電容來(lái)吸收不連續(xù)的輸出電容電流并支持指定的輸出電壓紋波。

負(fù)降壓-升壓拓?fù)湟约皩?shí)際上大多數(shù)反相拓?fù)涠加幸粋€(gè)缺點(diǎn)。啟動(dòng)時(shí)，輸出濾波器處有一個(gè)反向電壓擺幅，幅度不超過(guò)一個(gè)二極管壓降，如圖3所示。這種短暫的反向電壓是由于控制器的工作電流通過(guò)正向偏置二極管流向系統(tǒng)地造成的。極化電容器上反向電壓的存在乍一看似乎是不可接受的。因此，一些設(shè)計(jì)人員從輸出濾波器中消除極化電容器，轉(zhuǎn)而使用純陶瓷電容器。這種方法還會(huì)產(chǎn)生與陶瓷電容器的尺寸、成本和直流偏置相關(guān)的其他問題。然而，在反相降壓-升壓應(yīng)用中也可以使用極化電容器，但有一些限制。指南因供應(yīng)商而異，有關(guān)此類建議的示例，請(qǐng)參閱聚合物、鉭和氧化鈮電容器：應(yīng)用指南。2

圖3.具有啟動(dòng)波形的反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。通道 2 的 V在為 5 V/格，而通道 3 的 V外為 0.5 V/格，時(shí)間刻度為 2 ms/格。

圖1和圖2所示的轉(zhuǎn)換器經(jīng)過(guò)全面測(cè)試和評(píng)估。它們的效率如圖4所示。為了通過(guò)低引腳數(shù)和寬輸入電壓范圍簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，使其適用于多種解決方案，在這兩種情況下都使用了LTC7803高級(jí)控制器。評(píng)估板DC2834A用作驗(yàn)證兩種應(yīng)用的基礎(chǔ)（經(jīng)過(guò)一些修改）。為了降低EMI，可以采用該控制器的擴(kuò)頻功能。圖5顯示了降壓DC2834A轉(zhuǎn)換為反相降壓-升壓的照片。

圖4.圖1和圖2中轉(zhuǎn)換器的效率（V在12V，自然對(duì)流冷卻，無(wú)氣流）。

圖5.DC2834A 從原始的現(xiàn)成降壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

結(jié)論

本文介紹了一種將相同控制器和多個(gè)相同元件用于正降壓和負(fù)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的方法。通過(guò)這種方式，可以降低合格組件的成本。通過(guò)使用需要最少數(shù)量的動(dòng)力傳動(dòng)系組件并支持同步整流的控制器，可以進(jìn)一步降低成本，從而實(shí)現(xiàn)高效、低EMI、寬輸入電壓范圍的解決方案。

審核編輯：郭婷