具可变输出的正至负转换器电路设计—电路精选（41）

在锗 PNP 型三极管 （类似于如今价值连城的老式 “三极管收音机” 中所用的） 大行其道的上世纪 50 年代及 60 年代初，负电压轨曾一度是司空见惯的东西。现在，NPN 三极管的使用则更为普遍，因为其工作性能基本上优于 PNP 晶体管。对于负电压轨的需求减少了，从而导致有些电路设计师在面对负电压轨时显得经验贫乏。

现今，负电压轨的用途主要局限在 –48V “电信” 电源，或作为正电源的配套电源 （用于提供双路运放电压轨）。

使问题更加复杂的是，新式应用有时需要一个可变的负电压轨。这里提出的设计采用一个 LTC3630 同步降压型转换器以把一个 +24V 输入转换为一个 0V 至 –20V 的可变输出。其适合在 –20V 电压条件下提供略高于 200mA 的输出电压 （即：4W）。

LTC3630 在 “负输出降压” 模式中使用，该模式过去被称为 “降压-升压” （在我们的正至正四开关同步降压升压型转换器面市之前）。

实际上，当以这种方式连接时其运行于“反激”模式，该模式的特征是被截断的高 di/dt 输入和输出电流波形。在输入和输出端均必需布设低 ESR 陶瓷电容器，以使 AC 电流局部地循环流动 （由此使它们远离输入和输出配线）。应牢记的另一点是：峰值开关电压等于 VIN + |VOUT|。而且，电源开关和电感器还需要传输输入和输出电流波形 （峰值和全部） 之和。

电路解析

图 1 和图 2 示出了两种可行的电压控制方案。图 1 中的解决方案采用一个 LT6016 双路运放。第一个放大器负责对一个 0V–5V 控制信号 （可推测来自一个 LTC2630-H DAC） 进行反相和增益放大，以产生一个 0V 至 –20V 的控制信号。第二个放大器则用于强制 VOUT 与控制信号相匹配。除了主可变负输出以外，该设计还需要为运放提供一个单独的负电源。

图 1：具可变输出的正至负转换器采用 LTC3630 和两个运放

图 2 示出了一种更简单的负 VOUT 控制方法。连接至反馈分压器顶端的单个 LT6015 运放恰当地上下“拉动”VOUT，并不需要额外的电源轨。

编者结语

可变电压轨是有些不同寻常的要求 （特别是当其为负时），但它确实会不时地出现。一般来说，它被用于控制诸如超声波换能器或 RF 放大器等器件的功率级别。可容易地利用几乎任何开关电源 （反相或同相、降压或升压） 来实现一个可变电压轨。要点就在于应使用一个 DAC 和固定电阻器。把一个数字电位器用作可变反馈电阻器具有令人遗憾的不良影响，即导致反馈环路增益发生变化 （这取决于 VOUT 设置）。采用一个 DAC 可避开该问题。