多年來，開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器已在工業(yè)、商業(yè)、公用事業(yè)和消費市場等多個領(lǐng)域的現(xiàn)代電子技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。對于基于低功耗DC/DC轉(zhuǎn)換的應(yīng)用，大多數(shù)現(xiàn)代電源轉(zhuǎn)換是使用三種主要類型的電源轉(zhuǎn)換器來完成的 - 降壓，升壓和降壓 - 升壓。然而，一些特定的電子電路需要輸出側(cè)具有負電壓的電源。反相開關(guān)轉(zhuǎn)換器是一種 DC/DC 轉(zhuǎn)換器類型，可為負電壓供電。大多數(shù)基本的DC/DC轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)都可以修改為反相轉(zhuǎn)換器。

反相轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)知識

反相轉(zhuǎn)換器的主要目的是在輸出端提供負電壓。除了此功能之外，極性反相拓撲對于相對于系統(tǒng)接地的極性無關(guān)的功率負載非常有用，但由可能高于或低于輸出電壓的輸入電壓提供[1]。反相拓撲結(jié)構(gòu)通常使用單個電感，不需要任何耦合電容。這導(dǎo)致使用更少的組件來實現(xiàn)反相拓撲。然而，由于它所滿足的應(yīng)用范圍很窄，因此與其他基本的DC/DC轉(zhuǎn)換器拓撲相比，它的使用頻率較低。對于處理較大整流器電流的場景，采用同步降壓或同步升壓器件[3]。這有助于通過減少傳導(dǎo)損耗來提高效率。

反相轉(zhuǎn)換器的實現(xiàn)可以通過多種方式完成。它可能是通過負基準，即使用任何降壓器件將正電壓轉(zhuǎn)換為負電壓。也可以通過正參考，利用任何升壓裝置將負電壓轉(zhuǎn)換為正電壓[4]。反相轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)的特定類型之一是反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。圖1所示為降壓拓撲、升壓拓撲和極性反相降壓-升壓拓撲。眾所周知，它是一款簡單且低成本的極性反相轉(zhuǎn)換器，具有很少的功率級元件。它具有元件數(shù)量少、開發(fā)復(fù)雜度低等優(yōu)點，其實現(xiàn)方式可采用標準高邊穩(wěn)壓器集成芯片。這些也是用于降壓轉(zhuǎn)換器的。

圖 1.

降壓拓撲、升壓拓撲和極性反相降壓-升壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器的電路圖。EETech的圖像屬性

眾所周知，它通過利用真正的反激式拓撲來反轉(zhuǎn)輸入電壓的方向，并且與傳統(tǒng)的反激式轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)相似，因為它的繞組比為1：1。電流在輸入端和輸出端均呈脈沖。由于輸出電壓飛回開關(guān)節(jié)點，因此稱為反激電壓，因此，基于半導(dǎo)體的開關(guān)兩端的電壓應(yīng)力是輸入和輸出電壓之和。控制器以負輸入或負輸出為參考;因此，它必須承受輸入和輸出電壓的總和。

高級降壓-升壓轉(zhuǎn)換器工作原理

極性反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是一種基本的電源轉(zhuǎn)換拓撲結(jié)構(gòu)。它使用有源開關(guān)（通常是MOSFET）、無源開關(guān)（通常為二極管）和電感器[1]實現(xiàn)。

圖2所示為反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的工作原理。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通（稱為導(dǎo)通時間）時，電感兩端的輸入電壓迫使電流接地。在這種情況下，能量存儲在氣隙中。當(dāng)二極管導(dǎo)通時，開關(guān)關(guān)閉（稱為關(guān)斷時間），電感電壓翻轉(zhuǎn)并導(dǎo)致整流器導(dǎo)通。這導(dǎo)致輸出端出現(xiàn)負電壓。導(dǎo)通期間流動的電流通常稱為磁化電流，而關(guān)斷期間流動的電流稱為反激電流。導(dǎo)通期間存儲在電感器中的能量用于驅(qū)動反激電流[5]。

圖 2.

電路圖說明了反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的工作原理。EETech的圖像屬性

此拓撲的傳遞函數(shù)可以表示為

\[V_{out} = -V_{in}.（T_{on}/T_{off}）\]

導(dǎo)通時間與關(guān)斷時間的比率稱為占空比，由D表示。

關(guān)鍵要點

反相開關(guān)轉(zhuǎn)換器是一種DC/DC轉(zhuǎn)換器，可實現(xiàn)負電壓供電。

反相拓撲結(jié)構(gòu)通常使用單個電感，不需要任何耦合電容。

極性反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是一種簡單且低成本的極性反相轉(zhuǎn)換器，功率級元件非常少。

反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的傳遞函數(shù)可以表示為V外= -V在.（T上/T關(guān)閉).


審核編輯：劉清