設計成功的反向降壓-升壓轉換器布局

LM5017降壓轉換器或穩壓器集成電路（IC）可以從正VIN產生負VOUT在DC/DC轉換器領域是常識。乍一看，使用降壓穩壓器IC的反向降壓-升壓轉換器的電路圖與降壓轉換器非常相似(圖)1a和1c）。然而，無論是在電壓和電流、切換電流還是布局上，兩個電路都存在重大差異。

在之前的博文中，我討論了VIN范圍、VOUT范圍及可用輸出電流IOUT較大值的區別。布局的差異來自反向降壓-雖然升壓轉換器與降壓轉換器之間的切換電流流路徑的差異至關重要，但不易理解。

圖1顯示了降壓轉換器和反向降壓-升壓轉換器開關并流的差異。降壓轉換器(圖1a和1b）輸入電路-包括輸入電容CIN、高側開關QH同步整流器QL，傳導高di / dt切換電流。輸出電路包括同步整流器QL、電感器L1和輸出電容Cout，具有相對連續的電流。因此，盡管優化輸入電流回路區域至關重要，但優化輸出電流回路區域并不重要。

圖1：降壓轉換器（a和b）與反向降壓-升壓轉換器（c和d）中間切換電流

反向降壓-升壓轉換器中的輸入輸出電流電路和降壓轉換器(圖1c和1d）構成元素相同。輸入電路中的元件包括輸入電容CIN、控制FET QH同步整流器QL。輸出電流回路中的元件包括同步整流器QL、濾波電感器L1及輸出電容COUT。然而，反向降壓-在升壓轉換器中，輸入輸出電流回路較高di/dt由于濾波電感器在切換子間隔之間切換電流CIN切換至COUT。

由于降壓與反向原理圖的相似性，經常忽略切換電流路徑的差異，許多反向降壓-升壓設計和布局與降壓轉換器相同，只優化輸入電流電路中的一小部分電路區域。降壓到反向降壓-升壓的轉換通常被用作重新連接VOUT接地引腳。然而，這種方法并沒有考慮簡單的降壓和反向降壓-不同電流的升壓轉換器(使用相同的穩壓器)IC），會導致這些問題：

圖1c和1d切換電流路徑產生較大的寄生電感，在切換節點上產生較高的峰值，產生以下負面影響：

開關電流流過非優化電流回路產生更高的電磁干擾（EMI）和噪聲。

反向降壓-在升壓配置中，MOSFET尖峰電壓在|VIN VOUT|電壓以上。

輸出電容的切換電流高于降壓轉換器中相同的電感器電流（RMS）（熱）值。輸出電容器的間歇電流也會產生更高的輸出紋波。因此，在選擇電容器時，設計師必須考慮這些高紋波電流來滿足需求VOUT紋波和IRMS額定電流要求。圖2比較了降壓和反向降壓-電壓轉換器輸出電容器的紋波電流。

圖2：降壓轉換器（a和b）由于電感器總是與輸出節點連接，因此輸出濾波器的紋波電流很小。

由于流過輸出電容電流的不連續性，反向降壓-升壓轉換器（c和d）輸出濾波電容器的紋波電流要高得多。

圖3顯示了如何優化反向降壓-為了實現更低的升壓功率級di/dt輸入輸出回路。使用圖4100V同步降壓穩壓器LM5017的反向降壓-升壓功率級布局示例。

圖 3:優化功率級元件，減少切換電流回路區域（a），確認電流電路（b）減少電流電路

圖4：采用LM5017同步降壓穩壓器的反向降壓-升壓轉換器布局示例

結論

設計師經常使用降壓穩壓器來創建反向降壓-升壓穩壓器。但是，降壓和反向降壓-電壓電路之間的切換電流存在重要差異。特別是設計師應注意輸出濾波電容的選擇和切換電流電路的布局，以獲得較佳的可靠性和噪聲性能。