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[导读]在低电压情形中,通常使用无变压器的开关模式电源。但在某些应用中,也可改为使用高压降压控制器等新型器件。高压降压控制器能够实现简洁的设计,从而避免了使用变压器所带来的成本和难度。而且,高压降压控制器具备高功率转换效率,支持高输出电压,并可用于从正电源生成高负电压。

摘要

在低电压情形中,通常使用无变压器的开关模式电源。但在某些应用中,也可改为使用高压降压控制器等新型器件。高压降压控制器能够实现简洁的设计,从而避免了使用变压器所带来的成本和难度。而且,高压降压控制器具备高功率转换效率,支持高输出电压,并可用于从正电源生成高负电压。

引言

基于降压转换器原理的开关模式电源广泛用于各类电子应用。它们不需要变压器,只需一个简单的线圈即可高效地将高电压转换为低电压。此类转换器应用广泛,设置也相当简单。在典型应用中,电源电压最高可达60 V,输出电压可达12 V。如果电源电压更高,或者希望输出电压更高时,可供选择的转换器IC通常较少。

当然,利用开关稳压器在更高电压下进行电压转换也是可行的,但由于使用基于变压器的转换器拓扑,如反激或正激类型,因而需要笨重且昂贵的变压器。

图1.无变压器的降压开关稳压器的拓扑结构

图1中的两个开关S1和S2主要控制输入电压的最大可能范围。然而,电压转换器IC中的相应驱动器也必须能够生成S1开关所需的高栅极电压。该电压是最大电源电压与MOSFET所需的阈值电压之和。因此,除了MOSFET,电压转换器IC也必须根据要求进行相应的选择。图2显示了LTC7897控制器IC,它支持高达135 V(绝对最大值140 V)的电源电压。使用这款IC时,输出电压也可以非常高,最高可达135 V,只要低于输入电压即可。

这款高压降压控制器可以将100 V转换为12 V。由于此设计使用分立开关,因此可以选择支持大电流的MOSFET。例如,图2中的电路可以产生20 A负载电流和12 V输出电压。

图2.工作电压最高可达135 V的LTC7897降压控制器(简化电路)

除了图2中将高电压转换为低电压的例子之外,还有一种场景是利用高正电压获得负电压。实现这种转换的一种可能拓扑是反相降压-升压控制器拓扑。这种电路不需要变压器,只需一个简单的线圈即可从正输入电压生成负电压。

反相降压-升压拓扑要求电压转换器具备足够高的最大电压承受能力,至少要能承受可用电源电压与所生成负输出电压的绝对值之和。如果VIN为48 V,所需的VOUT为-65 V,则开关电源转换器的电压额定值必须至少为103 V。因此,具有高电压额定值的开关模式电源特别适合生成高负电压。

图3显示了LTC7897在反相拓扑中将48 V电源电压转换为-65 V输出电压。

图3.高电压能力在反相拓扑中特别重要(简化电路)

结论

在高电压下工作的开关模式电源,不一定需要选择基于变压器的拓扑。采用适当的电源转换器IC,例如LTC7897,许多应用可以正常运行,而不必使用复杂且成本高昂的变压器。

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