利用μModule稳压器进行信号电平转换适用于正负反相应用

线性μModule稳压器采用易于插入、紧凑的一体化设计，非常适合负载点电源。它们适合狭小的空间，只需极少的工程设计工作——除了μModule封装本身外，只需要几个元件。任何降压型μModule稳压器也可用于轻松产生负电压解决方案，同时保留μModule稳压器固有的简单设计和低元件数优势。

负电压输出的三个步骤

下面的三个简单设计步骤将降压拓扑转换为反相降压-升压拓扑，产生负输出轨。

连接μ模块稳压器的V外引脚连接到系统接地 （PGND）。这就产生了反相降压-升压转换器所需的接地电感配置。

通过在μModule稳压器的V之间连接输入电源为转换器供电在引脚和 PGND。

μModule 稳压器的 GND 引脚现在变为负输出轨 （–V外).负载连接在此负输出和PGND之间。

如图1（a）的标准降压配置所示，只需几个输入和输出电容器即可使用μModule稳压器（如LTM4601）产生一个功能齐全的降压型DC/DC转换器。在这种配置中，μModule稳压器的输出焊盘连接到其相应的电压，即V外焊盘连接到外部 V 形外，并且接地焊盘连接到外部接地。如果外部连接更改为图1（b）所示的配置，降压μModule稳压器将变为反相降压-升压转换器。此处为μModule稳压器的V外焊盘连接到外部 GND，而 GND 焊盘变为负 V外.因此，μModule稳压器GND指的是–V外.

图1.只需更改几次连接，即可将降压μ模块稳压器（a）转换为负输出电压稳压器（b）

控制信号的电平转换

由于接地电平（PGND和GND）的差异，配置控制电路需要比功率级更多的考虑。μModule稳压器参考相对于其自身GND引脚的引脚电压，但它提供的输出轨电压相对于系统接地（PGND）。在这种配置中，将任何PGND参考的外部控制信号（如RUN、TRACK、PGOOD等）传送到μModule稳压器，需要将信号转换为μModule稳压器的接地参考GND （–V外).

图2.μModule稳压器的输入信号必须从参考的电源地电平转换至参考的VOUT电源地

下面的电路示例显示了如何对系统接地参考信号进行电平转换，以实现RUN、PGOOD和TRACK引脚的兼容性。

运行电平转换

RUN 引脚输入允许通过向引脚施加使能信号来打开和关闭 μModule 稳压器。在许多情况下，可以通过存在V来启用模块在在 RUN 引脚和 V 之间使用上拉电阻在，但如果 RUN 引脚要通过外部 PGND 参考信号进行控制，则需要额外考虑。

首先想象一下，如果我们应用PGND参考的使能信号（V英文） 直接连接到负转换器的 RUN 引脚，无需使用电平转换电路。由于μModule稳压器在其RUN引脚上看到的电压为V英文+ |–V外|，那么（取决于设定的输出电压）我们可能会超过引脚的绝对.max额定电压（并导致器件损坏）。此外，一旦μModule稳压器导通，使能信号可能不够低，无法关闭μModule稳压器。因此，我们需要一个电路将PGND参考的使能信号转换为适合μModule稳压器RUN引脚的电平。

图3中的简单电路采用PGND参考的使能信号，并将其电平降低到适合RUN引脚的电压电平。在电路中，当使能信号为高电平时，PNP晶体管Q1导通，产生Rb、Rc的偏置电流，使RUN引脚电压高于其阈值并打开μModule稳压器。RUN 引脚最大电压由 D1 箝位，以防止超过引脚的绝对.max额定值。当使能信号为低电平时，Q1关断，电阻R3将RUN引脚放电至其门限以下，以关断μModule稳压器。注意电阻R3和/或齐纳D1可能已经包含在μModule稳压器封装内部，有关详细信息，请参见数据手册。

图3.电平转换使能电路

图 4 示出了在负输出配置中与 LTM4609 一起使用的 RUN 引脚电平转换电路的设置。V在= 10V， –V外= –12V @ 2A。

图4.具有电平转换使能电路的 LTM4609

PGOOD电平转换

PGOOD输出引脚指示μModule稳压器输出电压是否在稳压范围内（PGOOD高电平）或是否在调节范围内（PGOOD低电平）。模块 PGOOD 引脚内部是一个漏极开路 MOSFET，因此需要一个上拉电阻来调节偏置电压。如果要在负输出配置中使用PGOOD功能，则μModule稳压器看到的PGOOD信号必须适当地电平转换至PGND参考信号，以便在系统中进一步使用。

首先想象一下，如果我们直接使用模块的PGOOD输出信号，没有任何电平转换电路，会发生什么。采用 PGND 参考上拉电源 （VS），因为模块在其 PGOOD 引脚上看到的最大电压为 VS+ |–V外|，则（取决于设定的输出电压）可以超过引脚的 abs.max 额定值。同样在此设置中，当模块PGOOD引脚信号低时，相对于PGND的PGOOD信号可能不适合在系统中使用（即PGOOD低信号电平<系统接地电位）。我们需要一个电路将模块的PGOOD信号转换为PGND参考信号，以便在系统中进一步使用。

图5中的简单电路采用μModule稳压器的GND引脚参考PGOOD信号，并将其电平转换至PGND参考信号PGOOD2，适合在系统中进一步使用。在电路中，当模块输出PGOOD高信号时，PMOS M4关闭，R2将PGOOD2拉高至电源电压Vs.齐纳二极管D1保护PGOOD引脚不超过其绝对.max额定值。当模块输出PGOOD低信号时，M4接通并将PGOOD2拉低至系统地。请注意，如果 VS+ |–V外|< PGOOD abs.max.

图5.PGOOD电平转换电路

下面示出了在负输出配置中与 LTM4618 一起使用的 PGOOD 引脚电平转换电路的设置。V在= 12V， –V外= –5V @ 3A。

图6.具有 PGOOD 电平转换电路的 LTM4618

轨道电平转换

TRACK引脚输入允许μModule稳压器通过将跟踪信号（即主μModule稳压器的输出电压轨的分频版本）馈送到从μModule稳压器的TRACK引脚来跟踪另一个电源轨的输出电压斜坡。每个μModule稳压器的内部控制器看到的TRACK引脚电压与其μModule GND引脚相关，但在要配置两个负输出转换器进行跟踪的应用中，μModule稳压器的GND引脚可能处于不同的电位。主机和从机GND引脚电位的差异意味着主机提供的跟踪信号不能直接施加到从机的跟踪引脚上。在这些类型的应用中，需要额外考虑以确保从相看到来自主相的正确参考跟踪信号。

在图7的简单电路中，主器件μModule的GND引脚参考跟踪信号（Vo1Div – negVo1）提供给差分放大器的输入端。差分放大器由一个电源供电，该电源以从机μModule稳压器的GND引脚为基准（在本例中，它由从机自己的INTVC稳压器供电）。由于放大器以从μModule稳压器的GND引脚为基准，因此其输出信号是输入跟踪信号的电平转换版本，正确参考从器件的GND引脚。然后将放大器的输出信号施加到从机的TRACK引脚，允许从器件跟踪主站输出轨电压的移动。

图7.轨道电平转换使能电路

图 8 示出了两个 LTM4618 μModule 稳压器的跟踪性能，这些稳压器采用跟踪引脚电平转换电路，配置为负输出配置。V在= 12V， –V输出1= –5V @ 2A， –V输出2= –2V @ 2A。

图8.针对负电压的 LTM4618 跟踪外

结论

μModule稳压器允许设计人员几乎毫不费力地产生负输出应用，就像正输出应用一样。事实上，任何标准的降压μModule稳压器演示板都可以轻松配置为负输出应用。本文总结了因电源接地和μModule GND （–V）之间的相对接地电平差异而产生的控制电路设计考虑因素。

审核编辑：郭婷