具可變輸出的正至負轉換器電路設計—電路精選（41）

在鍺 PNP 型三極管 （類似于如今價值連城的老式 “三極管收音機” 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 三極管的使用則更為普遍，因為其工作性能基本上優于 PNP 晶體管。對于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 （用于提供雙路運放電壓軌）。

使問題更加復雜的是，新式應用有時需要一個可變的負電壓軌。這里提出的設計采用一個 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于 200mA 的輸出電壓 （即：4W）。

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于“反激”模式，該模式的特征是被截斷的高 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：峰值開關電壓等于 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。

電路解析

圖 1 和圖 2 示出了兩種可行的電壓控制方案。圖 1 中的解決方案采用一個 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。第二個放大器則用于強制 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采用 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，并不需要額外的電源軌。

編者結語

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，它被用于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。要點就在于應使用一個 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 （這取決于 VOUT 設置）。采用一個 DAC 可避開該問題。