正负输出 DC－DC 转换器使用相同的合格零件

正输出，降压转换器

正输出降压转换器的电气原理 图如图 1 所示。转换器根据5V 至 38V 的输入电压 VIN 范围生成 15A 时 5V 的稳定 VOUT。动力系统包括调制(高侧）MOSFET Q1 和 Q2、整流（低侧）MOSFET Q3 和 Q4、电感器 L1、电解和陶瓷输入滤波电容器 C IN1和 C IN2的组合，以及用于输出滤波器和输出滤波器的类似电容器组合。控制器。

如果采用峰值电流模式控制器，电阻器 RS 可以用作电流检测元件，或者用作电压模式控制中的短路保护电路的一部分。输入电容CIN1和CIN2端接到GND；然而，可选的 CIN3 和 CIN4 端接到输出并用于负降压-升压解决方案。降压转换器的功能已得到广泛研究并且很容易获得。在本文中，我们仅简要说明动力传动系组件上的电压和电流应力。它与新设计中元件的初步选择和现有解决方案的粗略评估有关。假设连续导通模式（CCM）操作，可以使用以下表达式。

图 1.  15 A 电流下 VIN 为 5 V 至 38 V、VOUT 5 V 的降压转换器的电气原理图。所用图片由 Bodo’s Power Systems提供 [PDF]　

D=VOUTVIN 占空比
VDS=VIN= Q1 至 Q4 和 LI 上的电压应力
IL=IOUT+0.5×ΔI
=+0.5×Δ
电感 L1 峰值电流，其中 ΔI 为峰峰值纹波电流。
　　
负输出、负降压-升压转换器

图 2 中所示的负降压-升压转换器原理图与图 1 中的降压转换器原理图类似。值得注意的是，两者都使用相同的动力系统、互连和控制器组件。控制器、开关 MOSFET 和输入/输出滤波器的接地会出现差异。这些反相转换器组件的接地是 –V OUT。电感器 L1 端接到系统（输入）地。

图 2. 反相降压-升压转换器的电气原理图，其中 V IN为2V 至 33V，VOUT在15A 时为 –5V，启动输入电压为 +5V。所用图片由 Bodo’s Power Systems提供 [PDF]

与降压转换器不同，该解决方案中的电容器 CIN3 和 CIN4 不是可选的；它们充当输入过滤器。电容器 CIN1 和 CIN2 对 V IN和 –V OUT轨之间的交流电进行滤波。假设 CCM 运行，以下表达式可用于估计动力传动系部件上的应力。

D=|VOUT|VIN+|VOUT|占空比
VDS=VIN+|VOUT| Q1 至 Q4 和 LI 上的电压应力
IL=IOUT1?D+0.5Δ电感L1峰值电流，其中ΔI是峰峰值纹波电流。
电感L1峰值电流，其中ΔI是峰峰值纹波电流。

转换器功能和测试

有大量文献涵盖了这两类转换器的基本甚至功能。1 在本文的其余部分，我们将研究很少讨论的因素。

首先，降压和降压-升压拓扑之间的输出滤波器功能存在根本差异。在降压配置中，电感器硬连线到输出滤波器，以 CCM 提供连续输出电流。与降压拓扑不同，降压升压拓扑不只将电感器连接到输出。在 Q1/Q2 导通期间，电感器 L1 与输出滤波器断开，输出滤波器电容是负载的能量来源。因此，拥有足够的输出电容来吸收不连续的输出电容器电流并支持指定的输出电压纹波非常重要。

负降压-升压拓扑以及事实上大多数反相拓扑都存在一个缺点。启动时，输出滤波器处存在反向电压摆幅，其幅度不超过一个二极管压降，如图 3 所示。这种短暂的反向电压是由于控制器的工作电流通过正向偏置二极管流向系统造成的。地面。极化电容器上存在反向电压乍一看似乎是不可接受的。因此，一些设计人员从输出滤波器中消除了极化电容器，而采用纯陶瓷电容器。这种方法会产生与陶瓷电容器的尺寸、成本和直流偏置相关的其他问题。然而，在反相降压-升压应用中使用极化电容器是可能的，但有一些限制。这些指南因供应商而异，此类建议的示例可以在《聚合物、钽和氧化铌电容器：应用指南》中找到。

　　图 4. 图 1 和图 2 中转换器的效率（V IN 12 V，自然对流冷却，无气流）。图片由博多电力系统提供 

图 1 和图 2 中所示的转换器经过了彻底的测试和评估。它们的效率如图 4 所示。为了通过低引脚数和宽输入电压范围简化设计，使其适用于各种解决方案，两种情况都使用了 LTC7803 控制器。使用评估板 DC2834A 作为基础（经过一些修改）来验证这两种应用。为了降低 EMI，可以利用该控制器的扩频功能。图 5 显示了降压 DC2834A 转换为反相降压-升压的照片。

本文介绍了一种将相同控制器和多个相同组件用于正降压和负降压-升压转换器的方法。通过这种方式，可以降低合格部件的成本。通过使用需要少数量动力传动系组件并支持同步整流的控制器，可以进一步降低成本，从而形成高效、低 EMI、宽输入电压范围的解决方案。