产生负电压的同步降压电路

产生负电压的同步降压电路许多电子系统需要正负两种电压才能正常工作。由较高输入电压高效产生很低的正输出电压通常都需要使用同步降压稳压器。但是，当由正输入电压产生负输出电压时，一般使用回扫拓扑结构，输出电流较大时尤其是如此。同步降压电路和负回扫电路（又称降压一升压电路）的工作特性和控制特性是极不相同的。图1示出了一种负回扫电路所需的基本元件。当场效应管Q导通时，电感器L两端就有输入电压，而这时无输入电流流入负载。这时送入负载的所有输出电流均来自输出1电容C,因为二极管D是反向偏置的。电感器中的电流继续增大，直到控制电路确定关断场效应Q1的合适时间为止。那时候，为了保持电流流动，电感器L两端的电压极性相反，使电感器顶端电位相对于地是负的，进而迫使二极管D导通。输出电压变负到电感器电压的二极管压降以内。 1图1这一回扫拓朴结构可利用正输入电压产生负输出电压。控制电路工作时的占空因子也与同步降压电路的不同。虽然同步降压电路工作的占空因子为’，但负回扫电路工作的占空因子为I；。例如，如果所需输出电压为输入电压的一半，则同步降压电路工作占空因子为50%，而负回扫电路的只有33%。图1的简单负回扫电路与图2的同步降压控制器负回扫电路的比较是很直观的。在图2中，场效管Q映射了二极管D的功能，但该二极管的正向压降减小了。这一正向压降的减小可大大提高效率。二极管D只是在场效应管Q和Q都截止的短短停滞时间内导通，从而可进一步降低损耗。反馈电压通过电阻R1出现在输出接地端，因为控制电路是以负输出电压为基准的。R2通常将输出电压设定到所需的电平，因为它不像R1那样可以改变反馈补偿网络。要想改变输入电压、输出电压或同时改变输入输出电压，就需要改变电感器的电感值。电感器最小的电感值为：|%ut|闵船监矽请注意在这类电路中使用控制器的某些局限。因为控制电路是以负输出电压为基准的，所以控制器必须具有大于的额定输入电压。此外，还必须确定控制器的VIN（最小），即当输出电压为零时，系统上电时发生的输入电压。能在很宽的输入电压范围内工作的控制器，其性能一般为最好。场效应管的漏极-源极额定电压也必须允许'-「''•"，而且场效应管必须传送大于两倍输出电流的峰值电流。低阻而又快速的开关场效应管，其产生的损耗是最小的。该电路的主要优点是效率高。因为该电路使用N沟道场效应管（而P沟道场效应管电阻较大，价格较高），所以该电路的最高效率优于90%。"WL如旬gAuumL图2 同步降压控制器成为这一负回扫电路的核心。负电压输出电源设计及典型应用方案分析随着电子技术的提高，以及电子产品的发展，一些系统中经常会需要负电压为其供电。例如，在LCD背光系统中，会使用负电压为其提供门极驱动和偏置电压。另外，在系统的运算放大器中，也经常会使用正负对称的偏置电压为其供电。如何产生一个稳定可靠的负电压巳成为设计人员面临的关键问题。BCD公司开发出多款可实现负压输出的芯片，其中AP3012和AP3031是比较常用的两款。AP3012和AP3031均为电流型控制的PWM芯片，这两款芯片将开关管及反馈网络集成在芯片内部，集成度较高，在一定程度上减少了外围器件、节约了系统成本并节省了使用空间。此外，AP3031的带载能力要比AP3012强，这两款芯片不同的带载能力可满足不同的应用场合。AP3012实现正负电压输出的典型应用方案基于AP3012的正负电压方案在4.3~10寸的LCD显示屏系统中应用相当广泛。应用电路图如图1所示。图1、AP3012实现正负不对称输出的典型应用方案。在此应用方案中，AP3012采用升压电路结构，为15V和-10V提供稳定的5V的基准电压。而15V和-10V是通过几级电荷泵电路的转换来实现。此方案可以通过调整电荷泵电路的级数来改变输出电压。结构非常简单而且使用相当灵活。由于AP3012的集成度较高(集成了开关管及反馈网络)的特点，减少了系统的外围器件数目，进一步提高了系统的实用性。所以，AP3012的应用方案为系统的成本和尺寸的控制方面都提供了很大的空间。AP3031实现负电压输出的典型应用随着系统应用的不断升级，系统所需的供电电流也不断增加，例如，在数据采集等方面的系统应用中，需要为大量的运算放大器提供正负的偏置电压。这样，就需要有着更大带载能力的电源芯片为其供电。那么AP3031就是一个很好的选择。因为AP3031有着较强的带载能力，所以它被广泛的应用。由于AP3031经常被应用在工作电流较大的系统中。为了降低供电损耗，AP3031通常是提供单路的正或负偏置电压。图2是使用AP3031实现-5V输出的应用电路。图2、AP3031实现-5V输出的典型应用电路。AP3031采用Cuk电路结构实现负电压输出。图6是Cuk电路的时序图。图3、Cuk电路的时序图。这个表达式说明了Cuk电路的输入电压不受输出电压的限制，既可以大于输出电压，也可以小于输出电压。使得输入电压的范围可以很宽。大大提高了电路应用的灵活性。该方案的输入电压范围较宽(3V~16V),输出的带载能力可达300mA.值得注意的是要求较高，由于Cuk电路的结构原因，决定了该电路在器件的耐压方面要求较高，见下列表达式：从上面的三个表达式可以看出，与Buck和Boost电路不同，Cuk电路工作时，开关管和二极管上所承受的电压，是输入电压和输出电压之和。所以在选择开关管和二极管时，输入输出电压要同时兼顾。在反馈方面，由于输出为负电压，所以采用了反向放大器，将所采样到的输出的负电压信号经过反向后，输入到芯片的反馈端。图4、反向放大器的结构图.其它实现负电压输出芯片的典型应用如果系统的输入，输出电压较低，且输入范围不宽，那么，BCD的AP3406A也是很好的选择。AP3406A的输入范围是2.5V~5.5V,最大输出电流可达到800mA.由于AP3406A是一款电流型控制的PWM的同步整流芯片，所以它可以实现较高的工作效率。AP3406A可以通过搭建Buck/Boost电路结构实现负电压输出。图5是AP3406A实现负电压输出的典型应用方案。该应用方案与AP3031的方案相比，结构更为简单，需要的器件更少（省去了一个电感和反向放大器），从而更进一步体现了使用的成本低，节约系统的空间的优势。另外，该电路的在器件选择的耐压方面与Cuk电路相同。以上介绍的几种方法巳经在Demo板上得到了充分的验证，结果可行，并且巳经被客户接受和采用，是实现稳定且可靠的负电压的高性价比方案。用一个电源芯片为LCD提供多电源解决方案（电荷泵电路）■概要近几年，LCD液晶显示屏幕不再仅限於在原来的中高档的产品上使用，而在手机和一些便携掌上游戏机上也越来越多的被普及。随着LCD在低端产品上的广泛使用，为这些产品提供一个低价位的LCD电源方案也就显得非常重要。利用本公司设计的DC/DC电源管理芯片，我们在下面列举