反相fly―buck设计可简化双极轨产生过程

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1、反相Fly-Buck设计可简化双极轨产生过程许多应用都需要具有正负轨的双偏置电源轨来给模拟前端电路供电。为产生这两种电轨，传统的解决方案使用多个转换器或一个基于三绕组变压器的转换器。这会导致组件数量较多、解决方案尺寸较大且成本较高。本文详尽阐述了基于单个降压型稳压器集成电路(1C)以及一个耦合电感器的双电源。同步降压型稳压器可在反相降压升压型配置中使用，以产生负电源;耦合电感器次级绕组则能产生正电源。反相输出是可以直接调节的；正输出与负输出电压是相关的，具体由变压器匝数比决定。序论通过对降压型转换器原

2、理图进行简单的修改，同步降压型转换器1C可在反相降压升压型配置中使用la/lb)。该反相降压升压型转换器能产生负极性输出电压(按下列方程式计算)：

3、VOUT

4、=D/(1-D)VIN(1)其中，D为降压开关Q1的占空比。图2展示了反相降压升压型转换器的完整工作周期。图3则展示了其工作波形。在TON（QI:打开；Q2：关闭）期间，通过Q1将开关（SW）节点连接到输入节点VIN,电感器L1可储存能量。在TOFF（Q1：关闭；Q2:打开）期间，将SW节点连接到输出节点VOUT，电感器LI可为输出电容器充电。蓝

5、色和红色梯形区域分别代表在每个开关周期从输入节点汲取的电荷，以及提供给输出节点的电流。最高输入电压和最大输出电流的方程式当在反相配置中使用降压型稳压器1C时，该转换器的最高输入电压和最大输出电流范围会被缩小。为举例说明这些概念，图4展示了一个基于LM5017的反相降压升压型电路。在这种配置里，该1C的偏置接地（RTN引脚）被连接到负输出电压（-10V）处。跨输入节点（VIN）和回程（RTN）1C端子的电压可通过下列方程式计算得出：VIN,RTN=VIN+

6、VOUT

7、（2）因此，最高输入电压可通过下列方

8、程式计算得出:VIN(MAX)=VIN,RTN(MAX)-

9、VOUT

10、(3)电感器电流仅在TOFF(图2b和图3)期间为输出电容器(COUT)充电，故平均输出电流可通过下列方程式计算得出：IOUT=IL1(1-D)(4)其中，D是占空比。最大输出电流与降压开关电流限值iSW(PEAK)(可通过以下方程式计算得出)是相关的：iLl(oeak=iSW(peak)=iLl+AiLl/2=IOUT(l-D)+AiLl/2(5)其中，AIL1是峰峰值电感器电流纹波(该纹波在最高VIN下最大)：开关频率反相降压升

11、压型配置中降压型稳压器1C的导通时间可通过以下方程式计算得出：从而产生下列开关频率：因此，在反相降压升压型配置中，LM5017自适应恒定导通时间(COT)控制方案可在输入电压范围内保持几乎恒定的频率。另外，对于给定RON的情况，反相降压升压型转换器的频率与降压型转换器的频率是相同的。表1列出了适用于反相降压升压型配置的所有设计方程式以供参考。产生两个双极轨通过以耦合电感器或反激式变压器代替图lb中的电感器L1，反相降压升压型配置中的同步降压型转换器可用来产生一个正/负输出电源（图5）。图6说明了反相配

12、置中Fly-Buck转换器的运行情况。图7则展示了其工作波形。初级侧开关电压类似于图2和图3所示的反相降压升压型配置电压。次级侧波形类似于常规Fly-Buck转换器的波形。表2列出了适用于双输出转换器的设计方程式。为什么要使用具有Fly-Buck转换器的反相降压升压型配置？许多应用都需要±15V或土12V的输出轨。输入轨通常是24V的电轨，此类电轨电压可降低到一个接近所需输出电压的数值。这使得现成的1:1耦合电感器很难被利用来产生输出。因为当输入电压接近+12V或+15V的输出电压时，Fly-Buck

13、拓扑结构不能以高占空比很好地工作。图8展示了正常降压型配置中的Flv-Buck转换器。如果额定值为24V的输入轨电压降低到12V,那么将需要100%的占空比一一这是不切实际的。即便是15V的最低输入电压所需的占空比，对Fly-Buck转换器的运行来说也太同：DBUCK=VOUT/VIN(MIN)=12V/15V=0.8由于能量从初级输出端到隔离式输出端的转移仅发生在关断时间(I-D)(正常降压型配置中Fly-Buck转换器的运行细节和波形见参考文献1)，所以几乎没有可用的时间将功率传输到次级输出端。这

14、会导致次级输出端的调节功能欠佳。当VIN接近VOUT时，调节功能会明显降级。允许耦合电感器有足够的时间将能量从初级绕组传输到次级绕组，这需要保持较长的功率传输时间间隔(l-D)o在这种情况下，针对最大占空比小于50%的情况进行设计是一种很好的解决方案。(1-D)>0.5(10)当在正常的Fly-Buck拓扑结构中应对这些高占空比(VOUT/VIN)情况时，一种常见的办法是把降压输出电压设置得低于所需的VOUT，然后根据耦合电感器匝数比来逐步升高电压。但为