具可变输出的正至负转换器

在锗 PNP 型三极管 (类似于如今在易趣网上价值连城的老式 “三极管收音机” 中所用的) 大行其道的上世纪 50 年代及 60 年代初,负电压轨曾一度是司空见惯的东西。现在,NPN 三极管的使用则更为普遍,因为其工作性能基本上优于 PNP 晶体管。对于负电压轨的需求减少了,从而导致有些电路设计师在面对负电压轨时显得经验贫乏。

 现今,负电压轨的用途主要局限在 –48V “电信” 电源,或作为正电源的配套电源 (用于提供双路运放电压轨)。

使问题更加复杂的是,新式应用有时需要一个可变的负电压轨。这里提出的设计采用一个 LTC3630 同步降压型转换器以把一个 +24V 输入转换为一个 0V 至 –20V 的可变输出。其适合在 –20V 电压条件下提供略高于 200mA 的输出电压 (即:4W)。

请参阅附随的 LTspice 原理图。LTC3630 在 “负输出降压” 模式中使用,该模式过去被称为 “降压-升压” (在我们的正至正四开关同步降压升压型转换器面市之前)。

实际上,当以这种方式连接时其运行于“反激”模式,该模式的特征是被截断的高 di/dt 输入和输出电流波形。在输入和输出端均必需布设低 ESR 陶瓷电容器,以使 AC 电流局部地循环流动 (由此使它们远离输入和输出配线)。应牢记的另一点是:峰值开关电压等于 VIN + |VOUT|。而且,电源开关和电感器还需要传输输入和输出电流波形 (峰值和全部) 之和。

图 1 和图 2 示出了两种可行的电压控制方案。图 1 中的解决方案采用一个 LT6016 双路运放。第一个放大器负责对一个 0V–5V 控制信号 (可推测来自一个 LTC2630-H DAC) 进行反相和增益放大,以产生一个 0V 至 –20V 的控制信号。第二个放大器则用于强制 VOUT 与控制信号相匹配。除了主可变负输出以外,该设计还需要为运放提供一个单独的负电源。 

Figure 1: Positive to Negative Converter with Variable Output Using LTC3630 and LT6016

图 1:具可变输出的正至负转换器采用 LTC3630 和两个运放

 

Figure 2: Positive to Negative Converter with Variable Output Using LTC3630 and LT6015

图 2 示出了一种更简单的负 VOUT 控制方法。连接至反馈分压器顶端的单个 LT6015 运放恰当地上下 “拉动” VOUT,并不需要额外的电源轨。

 

可变电压轨是有些不同寻常的要求 (特别是当其为负时),但它确实会不时地出现。一般来说,它被用于控制诸如超声波换能器或 RF 放大器等器件的功率级别。可容易地利用几乎任何开关电源 (反相或同相、降压或升压) 来实现一个可变电压轨。要点就在于应使用一个 DAC 和固定电阻器。把一个数字电位器用作可变反馈电阻器具有令人遗憾的不良影响,即导致反馈环路增益发生变化 (这取决于 VOUT 设置)。采用一个 DAC 可避开该问题。

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Philip Lane

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Gabino Alonso

Gabino Alonso目前是Power by Linear™部门的营销经理。加入ADI公司之前,Gabino在凌力尔特、德州仪器、加州理工州立大学和卡布利洛学院担任过营销、工程、运营和教育方面的不同职位。他拥有加州大学圣巴巴拉分校电子和计算机工程硕士学位。