在產(chǎn)品設(shè)計、電子電路應(yīng)用中,會經(jīng)常使用到負電壓電源。
如常見的PC電源中,通常會用到負壓電源 為串口提供邏輯判斷電平 ;
在單板設(shè)計中如運放、IGBT驅(qū)動、傳感器等應(yīng)用中也可能使用到負壓電源;
在音響設(shè)備中, 震蕩和反饋電路都需要負壓電源 ,以此增加它的動態(tài)范圍;
常閉型 氮化鎵場效應(yīng)晶體管 (GaN射頻功率管)也需要采用單獨的負電源。
一、如何產(chǎn)生負壓
常見的正電壓輸入負電壓輸出的方法有三種:
使用charge pump方式
此應(yīng)用所需外圍器件少,但負載能力較弱,輸出功率極小,電壓精度低。
使用Buck-Boost電路
此方式成本較高。
使用反激電路
需要采用變壓器隔離繞組反接輸出,因此設(shè)計較為復(fù)雜,但可以同時輸出多路正負電源,在同時需要多種正負壓電源時此方案較為適用。
本文將介紹一種使用通用的Buck芯片直接生成負壓的解決方案,簡單易用,且目前通用的Buck芯片負載能力可達幾十安培、輸入電壓范圍已覆蓋幾伏至上百伏,應(yīng)用覆蓋范圍廣。
二、Buck芯片負壓使用
芯洲科技 SCT24xx (40V耐壓、0.6A-6A負載能力)、 SCT26xx (60V耐壓、0.6A-5A負載能力)等一系列40V、60V等芯片均可實現(xiàn)正壓轉(zhuǎn)負壓輸出。
圖3 SCT2430電路圖
如圖3所示,負壓輸出和正壓輸出,外圍器件數(shù)量和框架基本一樣,所有的元器件保持原位,電感的輸出端接至大地,形成一個新的電位,原本的大地作為輸出,設(shè)計簡單。
圖4 負壓輸出工作狀態(tài)
如圖4所示,假設(shè)Q1導(dǎo)通壓降為VQ1,Q2導(dǎo)通壓降為VQ2,在Q1開通(ton)期間和關(guān)斷(toff)期間,電感L1上的電壓如下:
Von = Vin - VQ1
Vof = -Vout + VQ2
根據(jù)伏秒平衡原則:
Von × ton = Voff × toff,同時因Q1、Q2導(dǎo)通壓降遠遠小于Vin、Vout,因此VQ1、VQ2可忽略,由此得出:
根據(jù)以上公式可得出工作占空比D為:
如圖5,24V輸入轉(zhuǎn)-12V輸出,占空比約33%,實測與理論計算基本匹配。
因此:Vo=- Vin×D/(1-D)
由上可知,輸出電壓的絕對值即可以大于輸入電壓也可以小于輸入電壓,結(jié)合其工作狀態(tài)示意圖可以看出,其本質(zhì)已不再工作在buck狀態(tài),而是 buck-boost狀態(tài) ,因此實際應(yīng)用時外圍器件選型、負載能力不可再按照buck電路來進行選型和設(shè)計。
三、設(shè)計中的注意事項
- 負壓輸出時芯片可支持的最高工作電壓不再是芯片規(guī)格書標稱的最大值,可按照公式Vin = Vin_max - | Vout |評估。
以SCT2630為例,正壓輸出應(yīng)用中芯片可支持的最高輸入工作電壓為60V,而當輸出電壓為-5V時,則芯片可支持的最高輸入工作電壓
Vin= 60V - |-5V| = 55V
- 輸入電容的耐壓選擇、若使用非同步整流芯片(如SCT2630)時的續(xù)流二極管耐壓選擇也需參考如上第一條 留足降額;
- 由于在Q1導(dǎo)通期間,輸入沒有向輸出提供能量,此時主要是輸出電容給負載供電;只有在Q1關(guān)斷Q2導(dǎo)通期間,由電感提供能量給負載同時給輸出電容充電,輸入輸出均不連續(xù),因此輸入輸出紋波電壓比正壓輸出時略大;
- 因為電感電流是疊加的,所以負壓輸出應(yīng)用時芯片最大輸出電流≤標稱值的一半;
- 底部帶散熱焊盤的芯片,PCB布局時建議底部散熱焊盤接Vout,不建議接單板GND。
如下圖為SCT2630:輸入24V,負載2A,輸出+12V、-12V實測數(shù)據(jù)對比:
圖7 24V輸入,+12V輸出
圖8 24V輸入,-12V輸出
方案總結(jié)
采用通用的buck降壓轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)負壓輸出,設(shè)計簡單易用,綜合成本、性能、體積在負壓應(yīng)用場景中的性價比較高。
-
BUCK
+關(guān)注
關(guān)注
32文章
482瀏覽量
64129 -
晶體管
+關(guān)注
關(guān)注
77文章
9682瀏覽量
138084 -
GaN
+關(guān)注
關(guān)注
19文章
1933瀏覽量
73297 -
電子電路
+關(guān)注
關(guān)注
78文章
1202瀏覽量
66886
發(fā)布評論請先 登錄
相關(guān)推薦
評論