长期降低成本:对正输出和负输出的DC-to-DC变换器使用相同的合格部件

文章：Victor Khasiev

制造商降低电子元件成本的一个相对简单的方法是将相同的设计或元件用于不同的应用程序。万博投注网址成本节约不仅体现在明显的批量采购相同的零件，而且也体现在最小化所需的资格程序的数量。资格对运输业尤其重要，尤其是对汽车制造商。通常，这是一个昂贵的过程，涉及测试坚固性、可靠性和单元寿命。

本文展示了如何在两种非常不同的拓扑中使用相同的组件——集成电路控制器和电源系统:普通降压变换器和逆变降压变换器。通过具体检查反相buck-boost输出上的反向电压波动，探索了反相buck-boost变换器的组件要求，以及在该拓扑中使用最便宜的极化电容器的方法。因此，提出了一种简单而经济的解决方案来设计正降压和负降压变换器使用同一集成电路。

正输出，Buck变换器

正输出降压变换器的电气原理图如图1所示。变换器产生稳定的电压_出去从输入电压V的15 A处为5V_在电源系列的范围包括调制（高侧）MOSFET Q1和Q2，整流（低侧）MOSFET Q3和Q4，电感器L1，电解和陶瓷输入滤波器电容器的组合_In1.和C._In2.以及用于输出滤波器和控制器的电容器的类似电容器组合。

电阻器R._年代如果采用峰值电流模式控制器，可以用作电流检测元件，或作为电压模式控制中的短路保护电路的一部分。输入电容C_In1.和C._In2.终止于GND;但是，可选的c_In3.和C._In4.被终止到输出，并被用于负负升压溶液中。

降压转换器的功能被广泛研究且易于获得。在本文中，我们只是简要介绍动力传动组件上的电压和电流应力。它与新设计中的组件初步选择以及对现有解决方案的粗略评估有关。万博投注网址假设连续导通模式（CCM）操作，可以使用以下表达式。

负输出，负降压 - 升压转换器

图2中所示的负降压 - 升压器的示意图类似于图1中的降压转换器示意图。值得注意地，两者都使用相同的电力系，互连和控制器组件。在控制器的接地中出现差异，切换MOSFET和输入/输出滤波器。这些反相转换器组件的地面是-​​V_出去。电感L1端接到系统(输入)地。

与buck变换器不同的是，电容C_In3.和C._In4.在此解决方案中不是可选的;它们的作用就像输入过滤器。电容C_In1.和C._In2.滤波交流之间的V_在和- v_出去rails。假设CCM运行，下面的表达式可以用来估计动力传动系统组件的应力。

转换器功能和测试

有大量的文献介绍了这两种类型转换器的基本功能甚至高级功能。¹在本文的其余部分中，我们将研究很少讨论的因素。

首先，buck和buck-boost拓扑在输出过滤器的功能上有一个基本的区别。在降压配置中，电感硬连接到输出滤波器，在CCM中提供连续输出电流。与降压不同，降压-升压拓扑不只是将电感连接到输出。在Q1/Q2接通时，电感L1与输出滤波器断开，输出滤波器电容是负载的唯一能量来源。因此，重要的是要有足够的输出电容来吸收断续输出电容电流和支持指定的输出电压纹波。

负降压 - 升压有一个缺点，实际上是最替代的拓扑。At startup there is a reverse voltage swing at the output filter with amplitude not more than one diode voltage drop, as shown in Figure 3. This brief reverse voltage is due to the flow of the controller’s operating current through the forward-biased diode to system ground. The existence of the reverse voltage on polarized capacitors appears unacceptable at first glance. Hence, some designers eliminate polarized capacitors from the output filter, resorting to ceramic-only capacitors. This approach creates other problems associated with the size, cost, and dc bias of the ceramic capacitors. Nevertheless, it is possible to use polarized capacitors in inverting buck-boost applications with some limita-tions. The guidelines vary by vendor—an example of such recommendations can be found in聚合物，钽和氧化铌电容器：应用指南。²

图1和图2所示的转换器经过了彻底的测试和评估。它们的效率如图4所示。为了简化设计，具有低引脚数和宽输入电压范围，使其适用于各种解决方案LTC7803.两种情况下使用高级控制器。评估板DC2834A用作基础（有一些修改）来验证这两个应用程序。为了减少EMI，可以采用该控制器的扩频特征。图5显示了转换为反相降压-升压的降压DC2834A的照片。

结论

本文介绍了使用相同的控制器和多个相同组件的方法，用于正降压和负降压 - 升压转换器。通过这种方式，可以减少合格组件的成本。通过使用需要最小的动力传动系元件并支持同步整流的控制器，可以进一步降低成本，从而产生高效，低EMI，宽输入电压范围解决方案。

- Victor Khasiev, ADI高级应用工程师