?uk轉換器（也稱為兩個電感器反相轉換器），反相電荷泵和單電感器反相轉換器（也稱為反相降壓 - 升壓）都可以從正輸入電壓提供負輸出電壓。然而，工程師經常在不知不覺中用錯誤的名稱來引用這些拓撲，給已經有點混亂的區域增加了混亂。每個拓撲做什么？為什么選擇一種拓撲而不是另一種？原因各不相同，有些比其他更明顯。以下討論強調了反相電源架構之間的差異，重點在于直觀思考，而不是深入的電源設計和開關理論。目的是展示Cuk和反相電荷泵的優勢和權衡，然后簡要討論反相拓撲，以便在選擇最適合您應用的負輸出電路拓撲時做出更明智的選擇。

?uk拓撲

?uk拓撲通常可以從也提供升壓，SEPIC或反激拓撲的設備獲得。高電壓，低靜態電流LT8331是可配置為?uk轉換器的器件示例。它具有4.5V至100V的寬輸入電壓范圍，包括一個140V，0.5A電源開關。其6μA靜態電流，可編程欠壓鎖定，100kHz至500kHz開關頻率和低輸出紋波使其成為高電壓，低待機電流，負輸出電壓需求的理想選擇。

它需要兩個電感器（這些可以耦合或非耦合，通常在值上匹配）和輸入和輸出之間的耦合電容（C5）。耦合或阻塞電容器從電路的輸入側接收能量并將其傳送到電路的輸出側。在穩態條件下（即上電后），該電容兩端的電壓恒定，大約等于V IN 。

反相電荷泵電路< /跨度>

?uk轉換器電路的變形是反相電荷泵電路，其中電感器L2由下面所示的肖特基二極管D3代替。 LT3581是一款多功能開關穩壓器，具有3.3A / 42V電源開關。它具有內置故障保護功能，有助于防止輸出短路，輸入/輸出過壓和過熱情況。此外，它還包括一個獨特的主/從開關，通過堆疊電荷泵電路可以輕松構建高壓正或負電壓。

?uk與反相電荷泵

在圖3和圖4中，?uk轉換器和反相電荷泵轉換器拓撲結構并排顯示以供比較。

請注意，這兩個電路看起來非常相似;除了Cuk的第二個電感器已經被肖特基二極管取代。另外，請注意它們都有一個低端N溝道MOSFET（或NPN晶體管）電源開關。低端開關還用于升壓，SEPIC和反激拓撲，因此這些器件非常通用。開關節點始終施加正電壓。在Cuk設計中，反饋引腳可能會或可能不會看到負電壓（某些器件不允許IC上任何位置的負電壓，某些器件具有接受正電壓和負電壓的雙模反饋引腳）。雖然外觀相似，但兩個電路的操作卻截然不同。

?uk轉換器更詳細

當V OUT 的幅度大于或小于V IN 時，可以使用Cuk。對于Cuk，簡化的占空比（假設無損二極管和開關）由下式給出：

占空比（D）= V OUT /（V OUT - V IN ）

當V OUT 變得更負時，占空比接近100％并且作為V OUT 接近零，占空比接近0％。 | V OUT |時，占空比為50％等于V IN 。

圖5a顯示電源開關閉合時的?uk電流，圖5b顯示電源開關打開時的?uk電流。

從輸入電源流出的電流是連續的（換句話說，當電源開關閉合或打開時，電流從輸入流出）。當開關閉合時，兩個電感器都有增加的電流（電流正在上升，但由于L2中的電流為負，因此兩個電流斜坡沿相反方向移動）。當開關打開時，兩個電感器中的電流都會減小。在圖6中，我們看到平均輸入電流只是平均電感電流（（I LAVG = Ipk + I LMIN ）/ 2）。

注意由電感和輸入/輸出電容形成的電路輸入和輸出端的LC濾波器。連續電流與LC濾波器相結合可產生更平滑的輸入和輸出電流，從而提供低輸出電壓紋波噪聲。

請記住，電感的最佳紋波電流應約為40％。輸出電流。對于大多數DC / DC轉換器來說，這是一個很好的經驗法則，它代表了小電感器尺寸和低開關損耗之間的折衷。

對于?uk，此電壓始終為正。人們不能簡單地采用?uk轉換器并將其配置為單個電感逆變器以減少電路元件。另外，必須注意確保?uk電源開關能夠處理電壓V IN + | V OUT |出現在隔直電容的上游側。

更多細節中的反相電荷泵電路

反相電荷泵與步進電壓密切相關 - 上變頻器，因為它結合了基于電感的升壓調節器和反相電荷泵。請注意，在圖5a的電路中，圖中最左邊部分的電路和電流與升壓轉換器相同。在這個電路中，我們添加了二極管和電容，以獲得反相電荷泵轉換器。與?uk一樣，反相電荷泵具有連續的輸入電流，但與?uk不同，它具有不連續的輸出電流。對于給定的輸出電流，此配置通常可提供尺寸，效率和輸出紋波的最佳組合。只有當V OUT 的條件大于V IN 時，才能使用反相電荷泵拓撲。對于V OUT 的幅度小于或等于V IN 的情況，請使用不同的拓撲，例如?uk，反相轉換器或反相反激。

雖然它使用電荷泵，但由于電感是主要的儲能元件而不是快速電容，因此可以獲得相當高的負載電流。下圖7顯示LT3581用作反相電荷泵（上電路）和升壓轉換器。

LT3581具有主/從開關，而不是單個電源開關，以及引腳之間的肖特基二極管SW1和SW2用于隔離開關，因此通過耦合電容C1（當電源開關導通時產生）的電流尖峰僅流過從開關而不是主開關（電流比較器所在的位置），從而防止內部電流來自錯誤跳閘的比較器。當電源開關關閉時，開關節點的電壓回到V IN + | V OUT |因為能量被傳遞到輸出電容器和負載。輸出斷開固有地構建在這種單電感器拓撲結構中。

對于反相電荷泵，簡化的占空比由下式給出：

占空比（D）= 1 - （V < sub> IN / | V OUT |）

由于| V OUT |總是大于V IN ，占空比在相等時接近0％，隨著V OUT 變得更負而增加。

在下面的反相電荷泵配置中，在LT3483 / LT3483A的負輸出和D引腳之間添加一個與肖特基二極管串聯的電阻。該電阻的目的是在開關導通時平滑/減少電容器C2中的電流尖峰。 10Ω電阻在此應用中運行良好（Li +電池至-22V @ 8mA），對轉換器效率的影響小于3％。應用電路中推薦的電阻值也限制了輸出短路條件下的開關電流。

反相拓撲

反相拓撲使用單個電感器，不需要耦合電容;因此它需要更少的組件，如下所示。單電感器反相拓撲的一個示例如下圖9所示，使用帶外部電源開關的LTC3863反相控制器。 LTC3863具有3.5V至60V的輸入電壓范圍，低至70μA的靜態電流，并允許輸出電壓低于-150V。由于電源開關必須看到負電壓，因此反相拓撲的通用性較差，因為它只能用于負電壓。與具有類似輸出電流的Cuk轉換器相比，它還具有更高的峰值電流和輸出紋波。對于LTC3863，外部電源開關允許用戶為所需的峰值電流和輸出電壓選擇最佳MOSFET。

反相拓撲的占空比與其相同。 Cuk轉換器，即

占空比（D）= V OUT /（V OUT - V IN ）

同樣，在相同的輸出電壓，輸入電壓和開關頻率下，電路具有相同的占空比和相同的電感電流斜率（即紋波電流，等于V IN * t <子> ON / L）。讓我們看看每個拓撲的開關周期中的電流。

圖10a和10b顯示電源開關閉合和打開時的電流。

對于反相轉換器，僅當開關閉合時，電流才從輸入電源流出。這導致脈沖輸入電流而不是連續電流。

與?uk不同，反相電路的平均輸入和峰值電流是占空比的函數。占空比為50％時，平均輸入電流大約是?uk的兩倍（假設沒有其他電路損耗）。由于我們正在處理功率傳輸，當輸出電壓變得更負或輸入電壓降低時，峰值電感電流增加，增加輸出紋波噪聲;類似地，隨著輸入電壓增加或輸出電壓接近0V，峰值電感器電流減小。在這兩種情況下，電感電流可以是連續的，輸入電流可以接近是連續的，但它永遠不會是連續的。因此，對于給定的輸出電流，?uk轉換器具有較低的峰值輸入電流（和兩個電感器電流相似的輸出電流）和較低的輸出電壓紋波噪聲，而不是反相轉換器拓撲。

拓撲之間的另一個區別是交換節點的電壓。對于反相轉換器，在開關周期的第二階段期間該電壓為負。因此，拓撲結構不容易從一個轉換為另一個。

總結

?uk，反相電荷泵和反相拓撲提供負輸出，但每種配置都有細微差別，可在設計負電源時提供優勢。除了這些電路之外，降壓轉換器的輸出以地為參考，而反激轉換器也能夠提供負輸出電壓。遺憾的是，許多數據表和在線搜索參數表都沒有區分獨特的拓撲結構，而是將它們整合為“反相轉換器”。無論如何掌握有關差異的知識，您現在可以在選擇IC作為系統電源時做出更明智的選擇。