具可變輸出的正至負(fù)轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)—電路精選（41）

在鍺 PNP 型三極管 （類似于如今價(jià)值連城的老式 “三極管收音機(jī)” 中所用的） 大行其道的上世紀(jì) 50 年代及 60 年代初，負(fù)電壓軌曾一度是司空見慣的東西?，F(xiàn)在，NPN 三極管的使用則更為普遍，因?yàn)槠涔ぷ餍阅芑旧蟽?yōu)于 PNP 晶體管。對(duì)于負(fù)電壓軌的需求減少了，從而導(dǎo)致有些電路設(shè)計(jì)師在面對(duì)負(fù)電壓軌時(shí)顯得經(jīng)驗(yàn)貧乏。

現(xiàn)今，負(fù)電壓軌的用途主要局限在 –48V “電信” 電源，或作為正電源的配套電源 （用于提供雙路運(yùn)放電壓軌）。

使問題更加復(fù)雜的是，新式應(yīng)用有時(shí)需要一個(gè)可變的負(fù)電壓軌。這里提出的設(shè)計(jì)采用一個(gè) LTC3630 同步降壓型轉(zhuǎn)換器以把一個(gè) +24V 輸入轉(zhuǎn)換為一個(gè) 0V 至 –20V 的可變輸出。其適合在 –20V 電壓條件下提供略高于 200mA 的輸出電壓 （即：4W）。

LTC3630 在 “負(fù)輸出降壓” 模式中使用，該模式過去被稱為 “降壓-升壓” （在我們的正至正四開關(guān)同步降壓升壓型轉(zhuǎn)換器面市之前）。

實(shí)際上，當(dāng)以這種方式連接時(shí)其運(yùn)行于“反激”模式，該模式的特征是被截?cái)嗟母?di/dt 輸入和輸出電流波形。在輸入和輸出端均必需布設(shè)低 ESR 陶瓷電容器，以使 AC 電流局部地循環(huán)流動(dòng) （由此使它們遠(yuǎn)離輸入和輸出配線）。應(yīng)牢記的另一點(diǎn)是：峰值開關(guān)電壓等于 VIN + |VOUT|。而且，電源開關(guān)和電感器還需要傳輸輸入和輸出電流波形 （峰值和全部） 之和。

電路解析

圖 1 和圖 2 示出了兩種可行的電壓控制方案。圖 1 中的解決方案采用一個(gè) LT6016 雙路運(yùn)放。第一個(gè)放大器負(fù)責(zé)對(duì)一個(gè) 0V–5V 控制信號(hào) （可推測來自一個(gè) LTC2630-H DAC） 進(jìn)行反相和增益放大，以產(chǎn)生一個(gè) 0V 至 –20V 的控制信號(hào)。第二個(gè)放大器則用于強(qiáng)制 VOUT 與控制信號(hào)相匹配。除了主可變負(fù)輸出以外，該設(shè)計(jì)還需要為運(yùn)放提供一個(gè)單獨(dú)的負(fù)電源。

圖 1：具可變輸出的正至負(fù)轉(zhuǎn)換器采用 LTC3630 和兩個(gè)運(yùn)放

圖 2 示出了一種更簡單的負(fù) VOUT 控制方法。連接至反饋分壓器頂端的單個(gè) LT6015 運(yùn)放恰當(dāng)?shù)厣舷?ldquo;拉動(dòng)”VOUT，并不需要額外的電源軌。

編者結(jié)語

可變電壓軌是有些不同尋常的要求 （特別是當(dāng)其為負(fù)時(shí)），但它確實(shí)會(huì)不時(shí)地出現(xiàn)。一般來說，它被用于控制諸如超聲波換能器或 RF 放大器等器件的功率級(jí)別。可容易地利用幾乎任何開關(guān)電源 （反相或同相、降壓或升壓） 來實(shí)現(xiàn)一個(gè)可變電壓軌。要點(diǎn)就在于應(yīng)使用一個(gè) DAC 和固定電阻器。把一個(gè)數(shù)字電位器用作可變反饋電阻器具有令人遺憾的不良影響，即導(dǎo)致反饋環(huán)路增益發(fā)生變化 （這取決于 VOUT 設(shè)置）。采用一個(gè) DAC 可避開該問題。