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关于反相降压-升压转换器的所有信息

发布日期:2023-10-01 点击次数:654
    基于电感器的开关模式电压转换是电路设计人员的一项基本技术。它使我们能够通过高效且紧凑的电路实现降压和升压调节,而不会在过程中引入过多的复杂性。
    我在之前的文章中介绍了降压和升压稳压器,今天我们将了解另一种基本开关稳压器拓扑:反相降压-升压转换器。
    当我在这种情况下使用“基本”一词时,我指的是由输出电容以及一个电感器、一个开关和一个二极管组成的电路。我现在提到这一点是为了解释为什么本文仅介绍反相降压-升压架构,而不包括四开关降压-升压架构。
    反相降压-升压转换器的基本布局如下图 1 所示。该电路接受正输入电压并产生负输出电压,该电压可以大于或小于输入电压。
图 1.反相降压-升压转换器的通用拓扑。
    现在是我在 LTspice 中创建一个实现的时候了。
    想在深入研究之前回顾一下基础知识吗?阅读“什么是开关稳压器?”,回顾与 DC-DC 转换器相关的一般概念。

LTspice电路设计
    虽然这次我不会逐步引导您完成原理图设计过程,但我想简要评论几个方面。
    对于我的降压转换器原理图,我采用了一种正式方法,其中借助公式和性能规格来确定元件值。对于升压转换器,我更多地研究示例电路,并优先考虑维持合理电感器尺寸的实际目标。
    不过,对于这个降压-升压转换器,我依靠直觉并辅以反复试验。开关模式电源 (SMPS) 功率级的设计有多种方法。公式和数据表建议是一个很好的起点,但不要害怕尝试。
    请务必仔细检查您的工作。起初,LTspice 无法成功运行该电路的仿真,我终意识到电流源指向了错误的方向!请记住,反相降压-升压电路的V OUT为负,因此负载电流从接地节点向上流动。
    我的降压-升压原理图的终版本如图 2 所示。我们将首先使用它来检查反相降压-升压转换器的基本操作,然后进行模拟以进行更详细的分析。

图 2.在 LTspice 中实现的反相降压-升压转换器。
反相降压-升压转换器的基本操作
     与之前的转换器拓扑一样,我们将在两个不同的操作阶段分析降压-升压转换器:当开关传导电流时(接通状态),以及当开关阻塞电流时(关断状态)。我们将从开启状态开始。
开启状态
图 3.接通状态下流经降压-升压转换器的电流。
    图 3 显示了开关导通状态下电流通过电路的路径: 当开关导通时,电流从输入电源流经电感器,然后流至地。
    该图显示了在接通状态下流过反相降压-升压转换器的电流。
    电感器正在充电——其电流正在上升。同时,负载电流完全由输出电容器提供,我们假设输出电容器已经充电至输出电压。它向上流动,因为V OUT为负,因此低于地电位。当我们讨论关断状态时,我们将了解为什么输出电容器充电到负电压。
    由于V OUT为负且电感器上端子处的电压约等于V IN,因此二极管反向偏置。然而,由于涉及电压极性,电流自然会从输入侧流向输出侧。二极管的方向可以防止这种情况发生。
关闭状态
图 4 显示了关断状态下电流的路径。
    该图显示了在关断状态下流过反相降压-升压转换器的电流。
    图 4.关断状态下流经降压-升压转换器的电流。
    当开关打开时,电感器尝试保持一致的电流。这导致其上端子处的电压下降,直到二极管正向偏置。一旦二极管导通,电感器就充当负载电流的能源;它还通过电容器吸取电流,使得电容器上端子处的电压必须低于接地电压。电容器充电至负电压,V OUT变为负值。





















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