通过配置负载点转换器 (POL) 提供负电压或隔离输出电压的方法

1646 转换器电感器谐振

作者：Ramesh Khanna 德州仪器

在温度高达 210 摄氏度或需要耐辐射解决方案的恶劣环境应用中，集成型降压解决方案可充分满足系统需求。有许多应用需要负输出电压或诸如 +12V 或 +15V 等隔离输出电压为 MOSFET 栅极驱动器电路供电或者为运算放大器实现偏置。我们将在本文中探讨如何使用 TPS50x01 配置降压转换器，提供负输出电压。此外，我们还将讨论如何通过提供高于输入压的电压来满足应用需求。
TPS50601-SP 和 TPS50301-HT 都是专为耐辐射、地质、重工业以及油气应用等恶劣环境开发的集成型同步降压转换器解决方案。TPS50x01 是具有集成型高侧及低侧 MOSFET 的电流模式控制器件。IC 的大型焊盘部分可通过检查热管理，让热量均匀地分布在 PCB 上。Pvin 范围在 1.6V 至 6.3V 之间，因而为控制电路供电的 Vin 电压范围则为 3V 至 6.3V 之间。

图 1：同步降压转换器

如图 1 所示，同步降压转换器输出电压如下：

Vout = Vin*D，D 代表占空比。

我建议将 TPS50x01 用于需要输出电压高于或低于输入电压、但支持相反极性的应用中，如升降压转换器应用中。TPS50x01 可通过按照 Vout（-Ve 输出电压）参考该 IC，配置成升降压转换器，如下图所示。

图 2：将 TPS50x01 配制成升降压转换器

由于 TPS50x01 中 MOSFET 的额定电压值仅限于 6.3V，Vin 最大值加上 Vout 必须小于 6.3V。但在使用单个输入电压时，如果 Pvin=Vin，Vin 的最小值就必须大于 3V。
在输出电压大于输入电压的应用中，TPS50x01 可配制为快速降压 (Fly-Buck) 转换器。图 3 是一种零部件数量较少的简单降压型设计。

图 3：将 TPS50x01 配置成快速降压转换器

输出电感器采用耦合电感器 T1 取代。整个 Cr 上的电压受控制环路调整。输出电压是整个 Vr 的电压反映，其可通过耦合电感器圈数比调整，并应减去二极管压降。二次绕组电压由二极管 D1 和电容器 Co 整流。
输出电压可根据下列等式计算，其中 D 是转换器的占空比。

Vout = Vin x D(Nsec/Np) – Vd1

在需要多组输出时，可在耦合电感器 T1 上增加附加辅助绕组。由于二次绕组是隔离的，因此输出可配置为正或负。把正输出节点接地，就可获得负输出极性。
在开启主开关 S1 时，T1 的二次绕组中没有电流流过。一次及二次电流会出现谐振行为。这是因为 Cr、Co 以及耦合电感器 T1 漏电感形成的谐振频率。
在快速降压拓扑中，负载调整会因耦合电感器的漏电感、二极管压降及耦合电感器绕组的 DCR 而降级。最大限度降低漏电感以及耦合电感器 DCR，可增强负载调整性能。
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