具可變輸出的正至負轉換器

在鍺 PNP 型三極體 (類似於如今在易趣網上價值連城的老式 「三極體收音機」 中所用的) 大行其道的上世紀 50 年代及 60 年代初，負電壓軌曾一度是司空見慣的東西。現在，NPN 三極體的使用則更為普遍，因為其工作性能基本上優於 PNP 電晶體。對於負電壓軌的需求減少了，從而導致有些電路設計師在面對負電壓軌時顯得經驗貧乏。

現今，負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 (用於提供雙路運放電壓軌)。

使問題更加複雜的是，新式應用有時需要一個可變的負電壓軌。這裡提出的設計採用一個 LTC3630 同步降壓型轉換器以把一個 +24V 輸入轉換為一個 0V 至 –20V 的可變輸出。其適合在 –20V 電壓條件下提供略高於 200mA 的輸出電壓 (即：4W)。

請參閱附隨的 LTspice 原理圖。LTC3630 在 「負輸出降壓」 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同步降壓升壓型轉換器面市之前)。

實際上，當以這種方式連接時其運行於「反激」模式，該模式的特徵是被截斷的高 di/dt 輸入和輸出電流波形。在輸入和輸出端均必需布設低 ESR 陶瓷電容器，以使 AC 電流局部地循環流動 (由此使它們遠離輸入和輸出配線)。應牢記的另一點是：峰值開關電壓等於 VIN + |VOUT|。而且，電源開關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。

圖 1 和圖 2 示出了兩種可行的電壓控制方案。圖 1 中的解決方案採用一個 LT6016 雙路運放。第一個放大器負責對一個 0V–5V 控制信號 (可推測來自一個 LTC2630-H DAC) 進行反相和增益放大，以產生一個 0V 至 –20V 的控制信號。第二個放大器則用於強制 VOUT 與控制信號相匹配。除了主可變負輸出以外，該設計還需要為運放提供一個單獨的負電源。

圖 1：具可變輸出的正至負轉換器採用 LTC3630 和兩個運放

圖 2 示出了一種更簡單的負 VOUT 控制方法。連接至反饋分壓器頂端的單個 LT6015 運放恰當地上下 「拉動」 VOUT，並不需要額外的電源軌。

可變電壓軌是有些不同尋常的要求 (特別是當其為負時)，但它確實會不時地出現。一般來說，它被用於控制諸如超聲波換能器或 RF 放大器等器件的功率級別。可容易地利用幾乎任何開關電源 (反相或同相、降壓或升壓) 來實現一個可變電壓軌。要點就在於應使用一個 DAC 和固定電阻器。把一個數字電位器用作可變反饋電阻器具有令人遺憾的不良影響，即導致反饋環路增益發生變化 (這取決於 VOUT 設置)。採用一個 DAC 可避開該問題。

作者：Philip Lane、Gabino Alonso

來源：ADI

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