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如何通過配置負載點轉換器提供負電壓或隔離輸出電壓

發布時間：2020-08-21 來源：Ramesh Khanna 責任編輯：wenwei

【導讀】在溫度高達 210 攝氏度或需要耐輻射解決方案的惡劣環境應用中，集成型降壓解決方案可充分滿足係統需求。有許多應用需要負輸出電壓或諸如 +12V 或 +15V 等隔離輸出電壓為 MOSFET 柵極驅動器電路供電或者為運算放大器實現偏置。我們將在本文中探討如何使用 TPS50x01 配置降壓轉換器，提供負輸出電壓。此外，我們還將討論如何通過提供高於輸入壓的電壓來滿足應用需求。

TPS50601-SP 和 TPS50301-HT 都是專為耐輻射、地質、重工業以及油氣應用等惡劣環境開發的集成型同步降壓轉換器解決方案。TPS50x01 是具有集成型高側及低側 MOSFET 的電流模式控製器件。IC 的大型焊盤部分可通過檢查熱管理，讓熱量均勻地分布在 PCB 上。Pvin 範圍在 1.6V 至 6.3V 之間，因而為控製電路供電的 Vin 電壓範圍則為 3V 至 6.3V 之間。

如何通過配置負載點轉換器提供負電壓或隔離輸出電壓

圖 1：同步降壓轉換器

如圖 1 所示，同步降壓轉換器輸出電壓如下：

Vout = Vin*D，D 代表占空比。

我建議將 TPS50x01 用於需要輸出電壓高於或低於輸入電壓、但支持相反極性的應用中，如升降壓轉換器應用中。TPS50x01 可通過按照 Vout（-Ve 輸出電壓）參考該 IC，配置成升降壓轉換器，如下圖所示。

如何通過配置負載點轉換器提供負電壓或隔離輸出電壓

圖 2：將 TPS50x01 配製成升降壓轉換器

由於 TPS50x01 中 MOSFET 的額定電壓值僅限於 6.3V，Vin 最大值加上 Vout 必須小於 6.3V。但在使用單個輸入電壓時，如果 Pvin=Vin，Vin 的最小值就必須大於 3V。

在輸出電壓大於輸入電壓的應用中，TPS50x01 可配製為快速降壓 (Fly-Buck) 轉換器。圖 3 是一種零部件數量較少的簡單降壓型設計。

如何通過配置負載點轉換器提供負電壓或隔離輸出電壓

圖 3：將 TPS50x01 配置成快速降壓轉換器

輸出電感器采用耦合電感器 T1 取代。整個 Cr 上的電壓受控製環路調整。輸出電壓是整個 Vr 的電壓反映，其可通過耦合電感器圈數比調整，並應減去二極管壓降。二次繞組電壓由二極管 D1 和電容器 Co 整流。

輸出電壓可根據下列等式計算，其中 D 是轉換器的占空比。

Vout = Vin x D(Nsec/Np) – Vd1

在需要多組輸出時，可在耦合電感器 T1 上增加附加輔助繞組。由於二次繞組是隔離的，因此輸出可配置為正或負。把正輸出節點接地，就可獲得負輸出極性。

在開啟主開關 S1 時，T1 的二次繞組中沒有電流流過。一次及二次電流會出現諧振行為。這是因為 Cr、Co 以及耦合電感器 T1 漏電感形成的諧振頻率。

在快速降壓拓撲中，負載調整會因耦合電感器的漏電感、二極管壓降及耦合電感器繞組的 DCR 而降級。最大限度降低漏電感以及耦合電感器 DCR，可增強負載調整性能。

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