產(chǎn)生負電壓的同步降壓電路

產(chǎn)生負電壓的同步降壓電路許多電子系統(tǒng)需要正負兩種電壓才能正常工作。由較高輸入電壓高效產(chǎn)生很低的正輸出電壓通常都需要使用同步降壓穩(wěn)壓器。但是，當由正輸入電壓產(chǎn)生負輸出電壓時，一般使用回掃拓撲結(jié)構(gòu)，輸出電流較大時尤其是如此。同步降壓電路和負回掃電路（又稱降壓一升壓電路）的工作特性和控制特性是極不相同的。圖1示出了一種負回掃電路所需的基本元件。當場效應管Q導通時，電感器L兩端就有輸入電壓，而這時無輸入電流流入負載。這時送入負載的所有輸出電流均來自輸出1電容C,因為二極管D是反向偏置的。電感器中的電流繼續(xù)增大，直到控制電路確定關斷場效應Q1的合適時間為止。那時候，為了保持電流流動，電感器L兩端的電壓極性相反，使電感器頂端電位相對于地是負的，進而迫使二極管D導通。輸出電壓變負到電感器電壓的二極管壓降以內(nèi)。 1圖1這一回掃拓樸結(jié)構(gòu)可利用正輸入電壓產(chǎn)生負輸出電壓?？刂齐娐饭ぷ鲿r的占空因子也與同步降壓電路的不同。雖然同步降壓電路工作的占空因子為’，但負回掃電路工作的占空因子為I；。例如，如果所需輸出電壓為輸入電壓的一半，則同步降壓電路工作占空因子為50%，而負回掃電路的只有33%。圖1的簡單負回掃電路與圖2的同步降壓控制器負回掃電路的比較是很直觀的。在圖2中，場效管Q映射了二極管D的功能，但該二極管的正向壓降減小了。這一正向壓降的減小可大大提高效率。二極管D只是在場效應管Q和Q都截止的短短停滯時間內(nèi)導通，從而可進一步降低損耗。反饋電壓通過電阻R1出現(xiàn)在輸出接地端，因為控制電路是以負輸出電壓為基準的。R2通常將輸出電壓設定到所需的電平，因為它不像R1那樣可以改變反饋補償網(wǎng)絡。要想改變輸入電壓、輸出電壓或同時改變輸入輸出電壓，就需要改變電感器的電感值。電感器最小的電感值為：|%ut|閔船監(jiān)矽請注意在這類電路中使用控制器的某些局限。因為控制電路是以負輸出電壓為基準的，所以控制器必須具有大于的額定輸入電壓。此外，還必須確定控制器的VIN（最?。?，即當輸出電壓為零時，系統(tǒng)上電時發(fā)生的輸入電壓。能在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)工作的控制器，其性能一般為最好。場效應管的漏極-源極額定電壓也必須允許'-「''?"，而且場效應管必須傳送大于兩倍輸出電流的峰值電流。低阻而又快速的開關場效應管，其產(chǎn)生的損耗是最小的。該電路的主要優(yōu)點是效率高。因為該電路使用N溝道場效應管（而P溝道場效應管電阻較大，價格較高），所以該電路的最高效率優(yōu)于90%。"WL如旬gAuumL圖2 同步降壓控制器成為這一負回掃電路的核心。負電壓輸出電源設計及典型應用方案分析隨著電子技術(shù)的提高，以及電子產(chǎn)品的發(fā)展，一些系統(tǒng)中經(jīng)常會需要負電壓為其供電。例如，在LCD背光系統(tǒng)中，會使用負電壓為其提供門極驅(qū)動和偏置電壓。另外，在系統(tǒng)的運算放大器中，也經(jīng)常會使用正負對稱的偏置電壓為其供電。如何產(chǎn)生一個穩(wěn)定可靠的負電壓巳成為設計人員面臨的關鍵問題。BCD公司開發(fā)出多款可實現(xiàn)負壓輸出的芯片，其中AP3012和AP3031是比較常用的兩款。AP3012和AP3031均為電流型控制的PWM芯片，這兩款芯片將開關管及反饋網(wǎng)絡集成在芯片內(nèi)部，集成度較高，在一定程度上減少了外圍器件、節(jié)約了系統(tǒng)成本并節(jié)省了使用空間。此外，AP3031的帶載能力要比AP3012強，這兩款芯片不同的帶載能力可滿足不同的應用場合。AP3012實現(xiàn)正負電壓輸出的典型應用方案基于AP3012的正負電壓方案在4.3~10寸的LCD顯示屏系統(tǒng)中應用相當廣泛。應用電路圖如圖1所示。圖1、AP3012實現(xiàn)正負不對稱輸出的典型應用方案。在此應用方案中，AP3012采用升壓電路結(jié)構(gòu)，為15V和-10V提供穩(wěn)定的5V的基準電壓。而15V和-10V是通過幾級電荷泵電路的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)。此方案可以通過調(diào)整電荷泵電路的級數(shù)來改變輸出電壓。結(jié)構(gòu)非常簡單而且使用相當靈活。由于AP3012的集成度較高(集成了開關管及反饋網(wǎng)絡)的特點，減少了系統(tǒng)的外圍器件數(shù)目，進一步提高了系統(tǒng)的實用性。所以，AP3012的應用方案為系統(tǒng)的成本和尺寸的控制方面都提供了很大的空間。AP3031實現(xiàn)負電壓輸出的典型應用隨著系統(tǒng)應用的不斷升級，系統(tǒng)所需的供電電流也不斷增加，例如，在數(shù)據(jù)采集等方面的系統(tǒng)應用中，需要為大量的運算放大器提供正負的偏置電壓。這樣，就需要有著更大帶載能力的電源芯片為其供電。那么AP3031就是一個很好的選擇。因為AP3031有著較強的帶載能力，所以它被廣泛的應用。由于AP3031經(jīng)常被應用在工作電流較大的系統(tǒng)中。為了降低供電損耗，AP3031通常是提供單路的正或負偏置電壓。圖2是使用AP3031實現(xiàn)-5V輸出的應用電路。圖2、AP3031實現(xiàn)-5V輸出的典型應用電路。AP3031采用Cuk電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)負電壓輸出。圖6是Cuk電路的時序圖。圖3、Cuk電路的時序圖。這個表達式說明了Cuk電路的輸入電壓不受輸出電壓的限制，既可以大于輸出電壓，也可以小于輸出電壓。使得輸入電壓的范圍可以很寬。大大提高了電路應用的靈活性。該方案的輸入電壓范圍較寬(3V~16V),輸出的帶載能力可達300mA.值得注意的是要求較高，由于Cuk電路的結(jié)構(gòu)原因，決定了該電路在器件的耐壓方面要求較高，見下列表達式：從上面的三個表達式可以看出，與Buck和Boost電路不同，Cuk電路工作時，開關管和二極管上所承受的電壓，是輸入電壓和輸出電壓之和。所以在選擇開關管和二極管時，輸入輸出電壓要同時兼顧。在反饋方面，由于輸出為負電壓，所以采用了反向放大器，將所采樣到的輸出的負電壓信號經(jīng)過反向后，輸入到芯片的反饋端。圖4、反向放大器的結(jié)構(gòu)圖.其它實現(xiàn)負電壓輸出芯片的典型應用如果系統(tǒng)的輸入，輸出電壓較低，且輸入范圍不寬，那么，BCD的AP3406A也是很好的選擇。AP3406A的輸入范圍是2.5V~5.5V,最大輸出電流可達到800mA.由于AP3406A是一款電流型控制的PWM的同步整流芯片，所以它可以實現(xiàn)較高的工作效率。AP3406A可以通過搭建Buck/Boost電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)負電壓輸出。圖5是AP3406A實現(xiàn)負電壓輸出的典型應用方案。該應用方案與AP3031的方案相比，結(jié)構(gòu)更為簡單，需要的器件更少（省去了一個電感和反向放大器），從而更進一步體現(xiàn)了使用的成本低，節(jié)約系統(tǒng)的空間的優(yōu)勢。另外，該電路的在器件選擇的耐壓方面與Cuk電路相同。以上介紹的幾種方法巳經(jīng)在Demo板上得到了充分的驗證，結(jié)果可行，并且巳經(jīng)被客戶接受和采用，是實現(xiàn)穩(wěn)定且可靠的負電壓的高性價比方案。用一個電源芯片為LCD提供多電源解決方案（電荷泵電路）■概要近幾年，LCD液晶顯示屏幕不再僅限於在原來的中高檔的產(chǎn)品上使用，而在手機和一些便攜掌上游戲機上也越來越多的被普及。隨著LCD在低端產(chǎn)品上的廣泛使用，為這些產(chǎn)品提供一個低價位的LCD電源方案也就顯得非常重要。利用本公司設計的DC/DC電源管理芯片，我們在下面列舉