DC/DC转换器：用于提供负电压的器件

多年来，开关模式电源转换器已在工业、商业、公用事业和消费市场等多个领域的现代电子技术中得到广泛应用。对于基于低功耗DC/DC转换的应用，大多数现代电源转换是使用三种主要类型的电源转换器来完成的 - 降压，升压和降压 - 升压。然而，一些特定的电子电路需要输出侧具有负电压的电源。反相开关转换器是一种 DC/DC 转换器类型，可为负电压供电。大多数基本的DC/DC转换器拓扑结构都可以修改为反相转换器。

反相转换器基础知识

反相转换器的主要目的是在输出端提供负电压。除了此功能之外，极性反相拓扑对于相对于系统接地的极性无关的功率负载非常有用，但由可能高于或低于输出电压的输入电压提供[1]。反相拓扑结构通常使用单个电感，不需要任何耦合电容。这导致使用更少的组件来实现反相拓扑。然而，由于它所满足的应用范围很窄，因此与其他基本的DC/DC转换器拓扑相比，它的使用频率较低。对于处理较大整流器电流的场景，采用同步降压或同步升压器件[3]。这有助于通过减少传导损耗来提高效率。

反相转换器的实现可以通过多种方式完成。它可能是通过负基准，即使用任何降压器件将正电压转换为负电压。也可以通过正参考，利用任何升压装置将负电压转换为正电压[4]。反相转换器拓扑结构的特定类型之一是反相降压-升压转换器。图1所示为降压拓扑、升压拓扑和极性反相降压-升压拓扑。众所周知，它是一款简单且低成本的极性反相转换器，具有很少的功率级元件。它具有元件数量少、开发复杂度低等优点，其实现方式可采用标准高边稳压器集成芯片。这些也是用于降压转换器的。

图 1.

降压拓扑、升压拓扑和极性反相降压-升压开关转换器的电路图。EETech的图像属性

众所周知，它通过利用真正的反激式拓扑来反转输入电压的方向，并且与传统的反激式转换器拓扑结构相似，因为它的绕组比为1：1。电流在输入端和输出端均呈脉冲。由于输出电压飞回开关节点，因此称为反激电压，因此，基于半导体的开关两端的电压应力是输入和输出电压之和。控制器以负输入或负输出为参考;因此，它必须承受输入和输出电压的总和。

高级降压-升压转换器工作原理

极性反相降压-升压转换器是一种基本的电源转换拓扑结构。它使用有源开关（通常是MOSFET）、无源开关（通常为二极管）和电感器[1]实现。

图2所示为反相降压-升压转换器的工作原理。当开关导通（称为导通时间）时，电感两端的输入电压迫使电流接地。在这种情况下，能量存储在气隙中。当二极管导通时，开关关闭（称为关断时间），电感电压翻转并导致整流器导通。这导致输出端出现负电压。导通期间流动的电流通常称为磁化电流，而关断期间流动的电流称为反激电流。导通期间存储在电感器中的能量用于驱动反激电流[5]。

图 2.

电路图说明了反相降压-升压转换器的工作原理。EETech的图像属性

此拓扑的传递函数可以表示为

\[V_{out} = -V_{in}.（T_{on}/T_{off}）\]

导通时间与关断时间的比率称为占空比，由D表示。

关键要点

反相开关转换器是一种DC/DC转换器，可实现负电压供电。

反相拓扑结构通常使用单个电感，不需要任何耦合电容。

极性反相降压-升压转换器是一种简单且低成本的极性反相转换器，功率级元件非常少。

反相降压-升压转换器的传递函数可以表示为V外= -V在.（T上/T关闭).


审核编辑：刘清