具短路保護和停機功能的負電壓降壓轉換器

引言
負電壓降壓轉換器越來越多地用于對負電壓進行降壓 (按絕對值)。需求日益增長背后的主要原因是開關變壓器的標準化，這種變壓器通常是由一個或兩個副端繞組制成的。例如：倘若某個系統采用一個具有兩個副端繞組的變壓器以產生 ±12V，而且該設計還需要 -3.3V，那么工程師們往往傾向于采用不需要改變主變壓器的解決方案，比如：負電壓降壓轉換器。

電路描述和性能
圖 1 示出了一款負電壓降壓轉換器，它可從一個 -12V 電源軌產生 -3.3V/3A 輸出。功率鏈路包含電感器 L1、二極管 D1 和 MOSFET Q1。LTC3805-5 控制器 IC 具有一整套基本功能，包括短路保護 (可以精確地設定電流水平)、轉換器啟用 / 停用以及可編程開關頻率。

一個內部并聯穩壓器允許直接從輸入電源軌給 IC 施加偏壓。盡管這種拓撲結構憑借其簡單性深受許多設計師的青睞，但在負電壓降壓轉換器中有兩個重要的設計考慮因素：檢測輸出電壓以及遠程停機。控制器參考于負電壓，而輸出電壓和接通 / 關斷信號則參考于系統地 (見圖 1)。

為了補償調節環路，采用了一個基于晶體管 Q3的電流反射鏡。電阻器 RPRG 用于設置流入電阻器 RFB 中的電流，從而設定輸出電壓。在本例中，當輸出電壓等于 -3.3V 時，3.31k 的 RPRG 電阻器將流入電阻器 RFB 的電流設定為 1mA。該電流在電阻器 RFB 兩端產生一個 0.8V 的壓降，這與內部誤差放大器的基準電壓相等。

圖 1：一個基于 LTC3805 的負電壓降壓轉換器可從一個 -10V
至 -14V 輸入產生 -3.3V/3A 輸出

任選的停機電路是基于晶體管 Q2。假如給電阻器 R8 施加 5V 電壓，則 LTC3805-5 將停機。這兩個電路均參考于系統地。功率鏈路組件上的電壓應力、轉移函數和其他參數與我們所熟悉的降壓型轉換器相似。

如圖 2 所示，效率約為 90%。負載特性曲線示于圖 3。當負載超過 4.5A 時，輸出電壓開始下降；當負載為 5.0A 時，轉換器將進入短路保護狀態。在該狀態中，輸入電流不超過 20mA。輸出電壓將在短路狀況被清除之后恢復。在 -40°C 至 70°C 的寬溫度范圍內，電壓和負載調整率優于 ±1%。圖 1 中電路的啟動和瞬態響應波形分別示于圖 4 和圖 5。

圖 2：效率與輸入電壓和輸出電流的關系曲線

圖 3：輸出電壓與輸出電流的關系曲線 (采用一個 -12V 輸入電壓)

圖 4：滿負載時的啟動特性

圖 5：瞬態響應 (針對一個從 1A 至 2.5A 的負載電流階躍)

結論
負電壓降壓轉換器是從一個標準的 -12V 電源軌產生額外負電壓軌的常用方法。借助一款具有高效率、過流保護、快速瞬態響應和平穩啟動特性的設計，這里給出的解決方案可以從一個 -12V 電源軌產生 -3.3V/3A 輸出。