几款电源电路模块设计详解—电路图天天读（266）

  电子电 路通常都工作在正稳压输出电压下，而这些电压一般都是由降压稳压器来提供的。如果同时还需要负输出电压，那么在降压-升压拓扑中就可以配置相同的降压控制 器。负输出电压降压-升压有时称之为负反向，其工作占空比为 50%，可提供相当于输入电压但极性相反的输出电压。其可以随着输入电压的波动调节占空比，以―降压或―升压输出电压来维持稳压。

  图1显示了一款精简型降压-升压电路，以及电感上出现的开关电压。这样一来该电路与标准降压转换器的相似性就会顿时明朗起来。实际上，除了输出电压和接地相反以外，它和降压转换器完全一样。这种布局也可用于同步降压转换器。这就是与降压或同步降压转换器端相类似的地方，因为该电路的运行与降压转换器不同。

  FET 开关时出现在电感上的电压不同于降压转换器的电压。正如在降压转换器中一样，平衡伏特-微秒 （V-s） 乘积以防止电感饱和是非常必要的。当 FET 为开启时（如图1 所示的 ton 间隔），全部输入电压被施加至电感。这种电感―点‖侧上的正电压会引起电流斜坡上升，这就带来电感的开启时间 V-s 乘积。FET 关闭 （toff） 期间，电感的电压极性必须倒转以维持电流，从而拉动点侧为负极。电感电流斜坡下降，并流经负载和输出电容，再经二极管返 回。电感关闭时V-s 乘积必须等于开启时 V-s 乘积。由于 Vin 和 Vout 不变，因此很容易便可得出占空比 （D） 的表达式：D=Vout/（Vout “ Vin）。这种控制电路通过计算出正确的占空比来维持输出电压稳压。上述表达式和图 1 所示波形均假设运行在连续导电模式下。

  降压-升压电感必须工作在比输出负载电流更高的电流下。只是输入电流与输出电流相加。对于和输入电压大小相等的负输出电压（D = 0.5）而言，平均电感电流为输出的2倍。有趣的是，连接输入电容返回端的方法有两种，其会影响输出电容的rms电流。

  典型的电容布局是在+Vin和Gnd之间，与之相反。利用这种输入电容配置可降低输出电容的rms 电流。然而，由于输入电容连接至 ”Vout，因此 “Vout 上便形成了一个电容性分压器。这就在控制器开始起作用以前，在开启时间的输出上形成一个正峰值。为了最小化这种影响，最佳的方法通常是使用一个比输出电容 要小得多的输入电容，请参见图 2 所示的电路。输入电容的电流在提供 dc 输出电流和吸收平均输入电流之间相互交替。rms电流电平在最高输入电流的低输入电压时最差。因此，选择电容器时要多加注意，不要让其 ESR 过高。陶瓷或聚合物电容器通常是这种拓扑较为合适的选择。

  必须要选择一个能够以最小输入电压减去二极管压降上电的控制器，而且在运行期间还一定要能承受得住 Vin 加 Vout 的电压。FET 和二极管还一定要有适用于这一电压范围的额定值。通过连接输出接地的反馈电阻器可实现对输出电压的调节，这是由于控制器以负输出电压为参考电压。只需精心选取少量组件的值，并稍稍改动电路，降压控制器便可在负输出降压-升压拓扑中起到双重作用。

  此篇主要介绍了LMZ14203H特性、应用场景范围、参考设计电路以及电路分析，帮大家缩短设计时间。

  LMZ14203H特性：集成屏蔽电感器、简单的印刷电路板布线、使用外部的软启动电容器和高精度使能端，能轻松实现灵活的启动时序控制、针对浪涌电流提供保护、输入欠压锁定和输出短路故障提供保护、结温范围-40C至125C、采用整块的焊盘和标准引脚，更易于装配和制造、低输出电压纹波

  LMZ14203H典型应用场景范围包括：中间总线V电压轨；应用于时间受限项目；应用于空间受限/高温场合；应用于负输出电压场合

  可知DC-DC变换的种类分为：隔离和非隔离。输入输出隔离虽然安全系数比较高，可是隔离变压器会有漏磁和损耗等不利的缺点，从而会造成效率降低，根据本研究的要求，并没有要求输入输出隔离，所以最终决定选择的是非隔离方式，几种方案如下：

  占空比为D的PWM波控制开关管Q1，进而达到这样的一个效果，交替导通或截止，再经L和C滤波器在负载R上得到稳定直流输出电压Uo。本电路属于降压型电路，题目要求的30--36V 的输出电压是实现不了的。

  串联开关电路与并联开关电路原理很相似，但是此电路为升压型电路，在开关导通的时候，电感开始储能，在截止的时候，电感能量开始输出。所以电感绕制只要是合理，就能达到题目要求的30-36V，并且输出电压Uo呈现连续平滑的特性。（图5）

  下 面是串并联开关电路形式，也称为升降压式开关电路，反转式开关电路。无论在开关管VT1之前的脉动直流电压，高于或低于输出端的稳定电压，此电路均能实现 功能。实际上，本电路是在串联开关电路是通过在后加入一个并联开关电路。用电感的储能特性来实现升降压，电路控制式很复杂的。

  编辑点评：本文介绍了几款电源模块的设计解析，电路是具有过流保护功能。本设计是将220V 市电经过降压整流滤波，从而得到较为稳定的直流电压。