克服各种限制：在简单的降压控制器上设计精密双极性电源

工业、汽车、IT 和网络公司是电力电子、半导体、设备和系统的主要购买者和消费者。这些公司将全套可用拓扑结构用于DC-DC转换器，这些转换器采用降压、升压和SEPIC的不同变体。在理想的世界中，这些公司或公司将为每个新项目使用专门的控制器。然而，采用新芯片需要大量投资，因为测试新器件是否符合汽车标准、特定应用、条件和设备的验证功能需要漫长而昂贵的过程。降低开发和设计成本的明显解决方案是在不同的应用中使用已经批准和验证的控制器。

用于产生电源的最常用拓扑是降压转换器。但是，这种拓扑的采用仅限于从大于输出的输入电压产生正输出。当输入电压降至输出以下时，它不能直接用于产生负电压或提供稳定的输出。在汽车电子中，当需要负电压为放大器供电时，或者在输入电压轨大幅下降时，整个系统必须在冷启动的情况下连续正常工作时，产生输出的两个方面都很重要。本文详细介绍了在SEPIC、Cuk和升压转换器中使用简单降压控制器的方法。

从公共输入轨产生负电压和正电压

图1显示了基于具有两个输出的单降压控制器的双极性电源的设计。

图1.产生正电压和负电压的LTC3892的电气原理图。V输出1在 10 A 和 V 时为 3.3 V输出23 A 时为 –12 V。

为了最大限度地利用该芯片，必须采用一个输出来产生正电压，另一个输出来产生负电压。该电路的输入电压范围为6 V至40 V。五世输出1在 10 A 和 V 时产生 3.3 V 正电压输出2负电压 –12 V，3 A 时。两个输出均由U1控制。第一个输出V输出1是简单的降压转换器。第二个输出具有更复杂的结构。因为V输出2相对于GND为负，差分放大器U2用于检测负电压并将其缩放至0.8 V基准电压。在这种方法中，U1和U2都以系统GND为参考，这大大简化了电源的控制和功能。以下表达式有助于计算RF2和RF3的电阻值，以防需要不同的输出电压。

五世输出2动力传动系采用 Cuk 拓扑结构，相关技术文献对此进行了广泛介绍。需要以下基本方程来了解动力传动系组件上的电压应力。

五世输出2效率曲线如图2所示。此处提供了这种方法的LTspice仿真模型。在本例中，LTC3892转换器的输入为10 V至20 V。输出电压在10 A时为+5 V，在5 A时为–5 V。®

图2.14 V输入电压下负输出的效率曲线。

从波动的输入轨产生稳定的电压

图3.LTC3892在SEPIC和降压应用中的电气原理图。

图3所示转换器的电气原理图支持两个输出：V输出110 A 和 V 时为 3.3 V输出212 V，3 A。输入电压范围为 6 V 至 40 V。输出1以类似的方式创建，如图 1 所示。第二个输出是SEPIC转换器。与上述 Cuk 一样，该 SEPIC 转换器基于非耦合、双通道分立电感解决方案。分立式轴承座的使用显著扩大了可用磁性元件的范围，这对于成本敏感型器件非常重要。

图4和图5显示了该转换器在压降和尖峰下的功能;例如，在冷启动或负载突降时。电源轨电压V在在相对标称的12 V电压下下降或上升。但是，两个 V输出1和 V输出2保持稳压并为关键负载提供稳定的电源。双电感SEPIC转换器可轻松重新接线至单个电感升压转换器。

图4.如果电源轨电压从 14 V 降至 7 V，则两个 V输出1和 V输出2保持监管。

图5.电源轨电压从 14 V 上升到 24 V。但是，两个 V输出1和 V输出2保持监管。

相关的LTspice仿真模型可以在这里找到。结果表明，LTC3892转换器的输入为10 V至20 V。输出电压在10 A时为+5 V，在5 A时为–5 V。

结论

本文介绍了基于降压控制器构建双极性和双输出电源的方法。此方法允许在降压、升压、SEPIC和Cuk拓扑中使用相同的控制器。这对于汽车和工业电子产品供应商来说非常重要，因为他们可以在获得批准后基于同一控制器设计具有各种输出电压的电源。

审核编辑：郭婷