周末随想： 如何实现-12V输入到+5V输出?

这样的一个应用：-12V的输入，+5V的非隔离输出， 也就是负电压输入、正电压输出，应该采用什么结构的变换器？

 

反激变换器可以实现上述的电压变换，但要用到变压器，如果不用变压器，那么是否有其它的更简单的方法？

 

电源控制IC内部所有的电路都是以IC的地管脚为基准，如果将输入电压的负端,连接到IC控制器的地管脚，那么对于变换器而言，输入电压相当于正电压，如图1所示。

图1：负输入端连接到IC地

 

输入电压为-12V，变换器的输入电压相当于+12V；输出+5V相当于+17V，因此，这个应用相当于将+12V电压升到+17V，可以使用BOOST变换器，VCC相对于IC的地管脚（-12V）也是正电压，可以正常供电，如图2所示。

图2：BOOST变换器

 

输出若采用二个电容串联，中间点连接到输入地，相对于输入地，就可以取出+5V电压。由电路的连接关系，串联端下边电容和输入电容并联,可以省去。

图3：+5V输出电压

若IC的FB管脚内部参考电压为2.5V，反馈调节要求R2的电压（FB管脚对IC的地管脚的电压）保证恒定的2.5V，同时流过R1、R2的电流相同(忽略流入FB管脚的电流)，从而保证系统的调节维持输出电压的恒定。

IC的地管脚电压为-12V，VR2=2.5V，则FB管脚的电压为-9.5V；输出电压为+5V，输出对IC的地管脚电压为+17V，VR1=14.5V。

 

输入电压有一定的波动范围，如果输入电压变为-15V，VR2=2.5V恒定，VR1仍然为14.5V，FB管脚的电压为-12.5V，输出端对IC的地管脚的电压仍然为+17V，输出端对系统输入地的电压为：17-15V=+2V，而不是+5V。因此，输入的负电压发生变化时，输出电压也会发生改变，直接用这样的反馈不满足要求。

图4：反馈控制

 

为了实现当输入负电压发生变化时，IC的反馈调节维持输出电压的稳定，必须要将R1、R2隔离，同时还要满足前面的二个条件。

 

图5：R1/R2隔离

 

三极管的集电极电流和发射极电流大约相等，相互隔离，同时受基极电流控制，可以实现上述功能。

由图中R1/R2的电流方向，如果NPN管，R1接集电极，R2接发射极，基极能连接的点有输入地、输入负电压端和输出端。

基极连接到输入负电压端，NPN管无法工作；基极连接到输出端，输出端和FB管脚的压降保持恒定的0.6V，不满足调节要求；基极连接到输入地，FB管脚将被箝位在-0.6V，也不满足调节。

图6：NPN管隔离R1/R2隔离

 

改用PNP管，如图7所示，R1接发射极，R2接集电极，用上面分析方法，基极连接到输出端或输入负电压端，都不满足要求。基极连接到输入地，可以满足系统调节的要求。

图7：PNP管隔离R1/R2隔离

 

电阻R2的电流为：

 iR2=VFB/R2

 iR2==iR1

 iR1=(Vo-0.6V )/R1

其中，三极管VBE=0.6V，VFB=2.5V。选取合适R2，由上式，就可以计算R1的值。为了系统稳定，可以在输出端到输入地之加一个阻值较大的电阻作为假负载。

 

MOSFET导通：

MOSFET关断：

由电感的伏秒值平衡: 

 

当输入负电压或输出负载的变化导致输出电压发生改变时，例如，若输出降低，R2、R1的电流降低，VFB电压降低，内部COMP脚电压上升，占空比增加，从而提高输出电压。

 

同样的类似的应用，如-48V的输入，+5V的非隔离输出，也可以用本文的方法实现。