DC-DC科普之BUCK转负压电路

在实际的设计中，我们时常会遇到需要负压供电的场合，比如-15V供电的运算放大器：

比如 GaN射频功率管的栅极截止电压需要-5V：

诸如此的类应用甚是常见，针对负压输出的电源设计，我们的选择面很多：

比如: 采用charge pump电荷泵 ，但是有时带载能力不足。

比如: 采用变压器隔离绕组反接输出，但是不是所有的主板都需要变压器的出场，磁性元件的设计轻易不敢“招惹”。

01 BUCK电路正接

以一颗非同步整流的降压芯片为例，BUCK电路的接法已轻车熟路。

BUCK电路中：Vo/Vin =占空比D , D即是一个开关周期内上管导通时间与整个周期的比值。

02 BUCK电路负压接法

BUCK电路中，输入与输出电容的地，及芯片的地三者共地，芯片内部所有的电位均以此地为参考。所有的元器件保持原位， 输入电容的负极依然接至输入源的负端，这里我们称之为大地，电感的输出端同样接至大地，与此同时，输出电容的负极，下管的阳极，还有芯片的地，继续保持短接，但是脱离出原先的大地，另辟蹊径形成一个新的电位。

联立方程式，可以得到：Vout/Vin =D/(1-D) 。此公式即为经典的BUCK-BOOST的输入输出关系式！

03 注意事项

一、因为电感的输出端接至功率大地，故此结构只适应于负压输出的场合，比如可以用于系统中需要正负压供电的运放；

二、Vin + | Vo | < SW点的最高耐压。在BUCK-BOOST结构中，SW的电压是针对芯片的地而言，故分析SW的耐压是需要在下管关断，上管导通的前提下进行。当上管导通时， SW点相对芯片地的电压为VIN-Vo,由于Vo是负压，故SW对芯片地的压差为VIN+|Vo|.所以在做BUCK-BOOST变换时，我们不仅要关注最大输入电压，同时还要知晓最大输出电压方可确定所选择的BUCK芯片是否可靠；

三、电感电流是叠加的，所以芯片最大输出电流只有标称值的一半不到；

四、由于芯片的地与输入电源的地不同，芯片上电时，Vin通过芯片内部给所有逻辑器件供电的LDO输出到芯片地后，再经续流二极管，流经电感，最后至功率大地，故此时施加于芯片VIN脚的最低输入电压需高于芯片的欠压保护点 (UVLO) 与续流二极管导通压降 (VD) 之和；

五、关于芯片使能脚EN的供电问题，通常在通过MCU控制电源的使能管脚时，由于MCU的地与功率地共地，故需要经一电平转换电路实现给芯片EN脚的供电。

审核编辑：汤梓红