開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器利用單個(gè)電感器產(chǎn)生正電源和負(fù)電源

Brian Huffman

許多系統(tǒng)需要從 12V 輸入提供 ±5V。模擬或RS-232驅(qū)動(dòng)器電源是顯而易見(jiàn)的候選電源。此要求通常通過(guò)使用帶有多個(gè)次級(jí)變壓器或多個(gè)切換器的切換器來(lái)解決。這些解決方案可能很復(fù)雜，需要變壓器設(shè)計(jì)或兩個(gè)電感器。另一種方法如圖1所示，使用單電感和電荷泵獲得雙路輸出。該解決方案特別值得注意，因?yàn)镮S使用的是現(xiàn)成的組件。

圖 1 使用 LT1172 來(lái)產(chǎn)生正電源和負(fù)電源。LT1172 被配置為一個(gè)升壓型轉(zhuǎn)換器以獲得正輸出。為了產(chǎn)生負(fù)輸出，使用電荷泵。當(dāng) D2 正向偏置時(shí)，泵電容器 C2 由電感器充電，當(dāng) LT4 的電源開(kāi)關(guān)將 C1172 的正側(cè)拉至地時(shí)，泵電容器 C2 將放電至 C<>。輸出電容在充電周期內(nèi)向負(fù)載提供電流。

圖1.電感和開(kāi)關(guān)電容器技術(shù)提供雙極性輸出

圖2顯示了穩(wěn)壓器的工作波形。由于 LT1172 具有一個(gè)以地為參考的電源開(kāi)關(guān)，因此當(dāng)該開(kāi)關(guān)接通時(shí)，電感器將施加在其兩端的輸入電壓。跟蹤 A 是 V西 南部引腳電壓和走線B是其電流。電感電流走線C隨著磁場(chǎng)的建立而緩慢上升。電流變化率由施加在電感器上的電壓及其電感決定。在此期間，能量存儲(chǔ)在電感中，沒(méi)有功率傳輸?shù)?12V輸出。當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，能量不再傳遞到電感器，從而導(dǎo)致磁場(chǎng)崩潰。坍塌的磁場(chǎng)會(huì)感應(yīng)到電感兩端的電壓變化，導(dǎo)致V電壓西 南部引腳上升，直到輸出二極管D1正向偏置。

圖2.±12V輸出轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)波形

跡線D是二極管的電流波形。二極管為存儲(chǔ)在電感中的能量提供電流路徑，以便在負(fù)載和輸出電容器之間傳輸。當(dāng)二極管反向偏置時(shí)，輸出電容提供負(fù)載電流。LT1172 的誤差放大器將反饋引腳電壓 （（從 13kΩ–1.5kΩ 分壓器）與其內(nèi)部 1.24V 基準(zhǔn)進(jìn)行比較，并控制占空比。輸出電壓可以通過(guò)改變R1–R2分壓比來(lái)改變（參見(jiàn)公式1）。V處的RC網(wǎng)絡(luò)C引腳提供環(huán)路補(bǔ)償。

電荷泵用于將+12V輸出反相至–12V輸出。當(dāng) LT1172 的電源開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，C2 正側(cè)上的電壓上升，直到 D1 正向偏置。當(dāng)C2負(fù)側(cè)的電壓上升到足以正向偏置D2時(shí)，電感對(duì)C2充電。跡線 F 表示 C2 的電流波形，跡線 E 是 D2 的電壓波形，跡線 G 是其電流。C2兩端的電壓等于二極管壓降高于+V外減去肖特基二極管壓降。當(dāng) LT1172 的功率晶體管接通時(shí)，C2 的正極被拉至地。在此期間，二極管D3正向偏置（走線H是其電流波形），C4由C2充電。每個(gè)輸出端都增加了一個(gè)可選的LC濾波器，以衰減輸出電壓紋波。該電路的效率一般超過(guò)70%。

二極管結(jié)損耗（D2和D3）無(wú)法獲得理想的結(jié)果，但性能相當(dāng)不錯(cuò)。該電路將轉(zhuǎn)換+V外至 –V外損耗如圖3所示。負(fù)輸出負(fù)載電流不應(yīng)超過(guò)正輸出負(fù)載的5倍，否則不平衡將導(dǎo)致–12V瞬態(tài)響應(yīng)受到影響。

圖3.電荷泵轉(zhuǎn)換器的損耗

圖4可用于LCD顯示器對(duì)比度控制。它與前面的電路類(lèi)似，只是所有負(fù)載電流都來(lái)自負(fù)輸出。這要求C3很小，以便負(fù)輸出負(fù)載波動(dòng)快速反映到正輸出。電阻 R3 在 –12V 至 –21V 之間調(diào)節(jié)輸出電壓。

圖4.液晶顯示器對(duì)比度控制電源

LT1172 通過(guò)集成一種停機(jī)功能，為電源停機(jī)問(wèn)題提供了一種優(yōu)雅的解決方案;無(wú)需將功率 MOSFET 與輸入電壓串聯(lián)。當(dāng)電壓的V時(shí)C引腳被拉到150mV以下，IC關(guān)斷僅拉150μA。這是通過(guò)導(dǎo)通Q1來(lái)實(shí)現(xiàn)的，將電路的靜態(tài)電流從6mA降低到150μA。

審核編輯：郭婷