
在高级驾驶辅助系统、声纳应用超声波换能器以及通信设备中,都需要用到小电流、负高压来偏置传感器。反激式转换器、Cuk转换器和反相降压-升压转换器都是可能的解决方案,但是会受到一些不利因素的影响,如变压器(反激和Cuk)庞大笨重,或控制器的输入电压额定值(反相降压-升压)限制了其最大负电压。本文将详细介绍转换器的工作原理,它将单个电感器与以非连续导通模式(DCM)工作的反相电荷泵结合起来。与接地参考升压控制器配合使用,可以以较低的系统成本产生较大的负输出电压。
图1显示了简化的功率级原理图。请注意,此原理图与传统的反相降压-升压转换器不同,后者的控制器在V
电路的工作可分为三个阶段(如图2)。在第一个阶段,FET在占空比(d)期间导通,它在电感器上施加V
在下一个阶段d’中,FET关断,电感电流开始放电,导致其电压极性反转。这大大增加了节点VFET处的电压,允许C1通过D1充电。在此阶段,电流倾降,直至D1关断。然而,由于D1的反向恢复特性,电流在最终关断之前变为反向,此时电感器电流斜率改变并且其电压极性再次反转。
第三个阶段d'',能量从C1传递到C2。当D1停止导通时,由于VFET节点电压被强制接地(通过FET体二极管的电流通路),电感器电压被钳位到V
图3详细介绍了关键电压和电流的波形。DCM工作模式允许尽可能小的电感,但可以有较高的峰值电流。DCM工作模式的电感在最大占空比、最小V
图3:DCM中的关键电路波形。
设计公式
对于DCM工作模式,公式1很好地阐释了电感器如何存储能量:
其中i
由以下两个公式:
得到占空比(d):
由于V
在d'阶段,平均负载电流由公式6和7中的几何关系确定:
将公式2代入公式7得到公式8:
该周期的剩余期间定义为d'',这时能量转移到C2并且剩余的电感电流放电到零(公式9):
图4是利用倍压器实现该转换器的原理图示例,其中允许每个功率级元件的电压应力等于满输出电压的一半。这使得组件的选择更加广泛。在这个应用中,计算出的电感就好像输出电压只有一半,而负载电流为两倍。
该转换器提供小型单电感器解决方案,用于产生较大的负电压。此外,它允许使用低成本接地参考升压控制器来驱动N沟道FET。
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