Программа Сервисный Центр
0

Инвертирующий DC/DC преобразователь положительного напряжения в отрицательное с одной катушкой индуктивности


, март 2015

David Burgoon, Linear Technology

LT Journal of Analog Innovation

Существует несколько способов получения отрицательного напряжения из положительного, например, с помощью трансформатора или двух катушек, или нескольких переключателей. Однако все они сложнее, чем изящное в своей простоте решение на основе микросхемы LTC3863, отличающееся превосходной эффективностью при малых нагрузках и сокращающее номенклатуру необходимых компонентов по сравнению с альтернативными вариантами.

Расширенные возможности преобразователя

Микросхема LTC3863 может преобразовывать положительное входное напряжение в диапазоне от 3.5 до 60 В в отрицательное выходное от –0.4 В до –150 В. В схеме используется топология с одной катушкой индуктивности, одним активным P-канальным MOSFET в качестве переключающего элемента и одним диодом. Высокий уровень интеграции позволяет создавать простые решения с небольшим количеством внешних элементов.

Преобразователь LTC3863 имеет отличный КПД при малых нагрузках, потребляя всего 70 мкА, если пользователем запрограммирован пульсирующий режим работы. Его архитектура с постоянной частотой ШИМ и регулированием по пиковому току обеспечивает безотказное управление током катушки, простую компенсацию петли обратной связи и превосходные динамические характеристики контура управления. Частота переключения может либо устанавливаться в диапазоне от 50 кГц до 850 кГц с помощью внешнего резистора, либо задаваться извне в диапазоне от 75 кГц до 750 кГц. В микросхеме предусмотрена возможность программного выбора режима пуска – с плавным ограничением скорости нарастания или с отслеживанием внешнего напряжения. Функции обеспечения безопасности включают защиту от перенапряжения, перегрузки по току, а также от короткого замыкания, включая режим адаптивного снижения частоты.

Преобразователь напряжения 4.5 … 16 В в –12 В/1 А

Приведенная на Рисунке 1 схема преобразует входное напряжение в диапазоне от 4.5 В до 16 В в выходное –12 В с током 1 А. Принцип ее действия аналогичен обратноходовому преобразователю: при открытом ключе энергия запасается в катушке индуктивности, и отдается через диод на выход, когда ключ закрыт, с тем лишь отличием, что для LTC3863 не требуется трансформатор. Чтобы предотвратить чрезмерное увеличение тока, которое может возникнуть при закороченном выходе вследствие минимального времени включения, преобразователь снижает частоту, когда выходная мощность составляет менее половины от номинального значения.

Инвертирующий DC/DC преобразователь положительного напряжения в отрицательное с одной катушкой индуктивности
Рисунок 1.Инвертирующий преобразователь из входного напряжения 4.5 … 16 В
формирует выходное напряжение –12 В при токе 1 А.

При малых нагрузках микросхема LTC3863, в зависимости от программной установки, может работать либо в высокоэффективном пульсирующем режиме, либо режиме пропуска импульсов. При работе в пульсирующем режиме преобразователь выдает редкие импульсы с более высоким током, после чего на время, зависящее от нагрузки, переходит в состояние пониженного потребления. В режиме пропуска импульсов при легких нагрузках LTC3863 пропускает импульсы. В этом режиме компаратор модулятора может оставаться отключенным в течение нескольких циклов, заставляя внешний MOSFET оставаться в закрытом состоянии, пропуская тем самым рабочие импульсы. Ценой худшего по сравнению с пульсирующим режимом КПД режим пропуска импульсов дает преимущества, выражающиеся в меньших пульсациях на выходе, более низких аудио-шумах и сниженном уровне радиочастотных помех. При размещении компонентов с обеих сторон печатной платы эта схема умещается на площади около 3.2 см2.

Инвертирующий DC/DC преобразователь положительного напряжения в отрицательное с одной катушкой индуктивности
Рисунок 2.Напряжение переключающего узла, ток катушки
индуктивности и пульсации выходного напряжения
преобразователя 5 В/–12 В при токе нагрузки 1 А.

На Рисунке 2 показаны графики напряжения в переключающем узле (VSW), тока катушки индуктивности (IL) и пульсаций выходного напряжения –12 В (VOUT) при входном напряжении 5 В и токе нагрузки 1 А. Когда P-канальный MOSFET открыт, катушка заряжается (ток возрастает), и разряжается через диод на выход, когда транзистор закрывается. Рисунок 3 демонстрирует аналогичные временные диаграммы для выходного тока 90 мА в режиме пропуска импульсов. Обратите внимание на выбросы напряжения переключающего узла вокруг уровня 0 В, возникающие, когда ток катушки достигает нуля. Рабочий период завершается, когда ток спадет до нуля. На Рисунке 4 при таких же параметрах нагрузки представлены осциллограммы для пульсирующего режима. В этой рабочей точке потери мощности снижаются на 36%, а КПД возрастает с 72% до 80%. На Рисунке 5 приведены осциллограммы, снятые при коротком замыкании выхода. В таком режиме частота переключения уменьшается до 80 кГц, чтобы не допустить слишком большого увеличения тока.

Инвертирующий DC/DC преобразователь положительного напряжения в отрицательное с одной катушкой индуктивности
Рисунок 3.Напряжение переключающего узла, ток катушки индуктивности
и пульсации выходного напряжения преобразователя
5 В/–12 В при токе нагрузки 30 мА в режиме пропуска импульсов.
 
Инвертирующий DC/DC преобразователь положительного напряжения в отрицательное с одной катушкой индуктивности
Рисунок 4.Напряжение переключающего узла, ток катушки индуктивности
и пульсации выходного напряжения преобразователя 5 В/–12 В
при токе нагрузки 30 мА в пульсирующем режиме.
 
Инвертирующий DC/DC преобразователь положительного напряжения в отрицательное с одной катушкой индуктивности
Рисунок 5.Напряжение переключающего узла, ток катушки индуктивности
и пульсации выходного напряжения при входном напряжении
5 В и закороченном выходе.

Высокий КПД

На Рисунке 6 приведены графики зависимости КПД от тока нагрузки для двух случаев – режима пропуска импульсов и пульсирующего режима. Исключительно высокое значение КПД 89.3% достигается при токе нагрузки 1 А и входном напряжении 12 В. Обратите внимание, что работа в пульсирующем режиме существенно повышает КПД при токах нагрузки менее 0.1 А. А при легких нагрузках в режиме пропуска импульсов КПД возрастает еще заметнее по сравнению с уровнями, которых можно добиться в синхронном режиме.

Инвертирующий DC/DC преобразователь положительного напряжения в отрицательное с одной катушкой индуктивности
Рисунок 6.КПД схемы в нормальном и пульсирующем режимах.

Заключение

Микросхема LTC3863 упрощает структуру преобразователей, преобразующих положительное входное напряжение источника в отрицательное. Она отличается простотой, высоким КПД, и требует всего нескольких недорогих внешних компонентов.

 
 
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
 
Обратная связь

Наши партнеры

 

Опросы

Есть ли справедливость в жизни?
Конечно есть, уверен!
Вроде как должна быть, но...
Затрудняюсь ответить...
Какая справедливость? О чем Вы?
Эх.., нет правды на свете!

 

Облако тегов

Требуется для просмотраFlash Player 9 или выше.

Показать все теги
 

Календарь публикаций

«    Декабрь 2016    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 
 

Архив новостей

Декабрь 2016 (7)
Ноябрь 2016 (42)
Октябрь 2016 (34)
Сентябрь 2016 (38)
Август 2016 (34)
Июль 2016 (36)
 
Наверх Сервисные мануалы Даташиты Ремонт LCD, ЖК телевизоров LG Samsung Скрипт программы "Сервисный центр"