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常见Buck电源芯片负压输出利用
功夫:2023-08-11
起源: LETOU乐投科技
在产品设计、电子电路利用中，会时时使用到负电压电源。
图1 负压电源利用于GaN射频功率管
如常见的PC电源中，通；嵊玫礁貉沟缭为串口提供逻辑判断电平；
在单板设计中如运放、IGBT驱动、传感器等利用中也可能使用到负压电源；
在音响设备中，震荡和反馈电路都必要负压电源，以此增长它的动态领域；
常关型氮化镓场效应晶体管(GaN射频功率管)也必要选取单独的负电源。
一、若何产生负压
常见的正电压输入负电压输出的步骤有三种:
使用charge pump方式
此利用所需表围器件少，但负载能力较弱，输出功率极幼，电压精度低。
使用Buck-Boost电路
此方式成本较高。
使用反激电路
必要选取变压器隔离绕组反接输出，因而设计较为复杂，但能够同时输出多路正负电源，在同时必要多种正负压电源时此规划较为合用。
本文将介绍一种使用通用的Buck芯片直接天生负压的解决规划，单一易用，且目前通用的Buck芯片负载能力可达几十安培、输入电压领域已覆盖几伏至上百伏，利用覆盖领域广。
二、Buck芯片负压使用
LETOU乐投科技SCT24xx（40V耐压、0.6A-6A负载能力）、SCT26xx（60V耐压、0.6A-5A负载能力）等一系列40V、60V等芯片均可实现正压转负压输出。
图3 SCT2430电路图
如图3所示，负压输出和正压输出，表围器件数量和框架根基一样，所有的元器件维持原位，电感的输出端接至大地，形成一个新的电位，正本的大地作为输出，设计单一。
图4 负压输出工作状态
如图4所示，如果Q1导通压降为VQ1，Q2导通压降为VQ2，在Q1开明（ton）期间和关断（toff）期间，电感L1上的电压如下：
Von = Vin - VQ1
Vof = -Vout + VQ2
凭据伏秒平衡准则：
Von × ton = Voff × toff，同时因Q1、Q2导通压降远远幼于Vin、Vout，因而VQ1、VQ2可忽略，由此得出：
凭据以上公式可得出工作占空比D为
如图5，24V输入转-12V输出，占空比约33%，实测与理论推算根基匹配。
因而：Vo=- Vin×D/(1-D)
由上可知，输出电压的绝对值即能够大于输入电压也能够幼于输入电压，结合其工作状态示意图能够看出，其性质已不再工作在buck状态，而是buck-boost状态，因而现实利用时表围器件选型、负载能力不成再依照buck电路来进行选型和设计。
三、设计中确当苦衷项
1. 负压输出时芯片可支持的最高工作电压不再是芯片规格书标称的最大值，可依照公式Vin = Vin_max - | Vout |评估。
以SCT2630为例，正压输出利用中芯片可支持的最高输入工作电压为60V，而当输出电压为-5V时，则芯片可支持的最高输入工作电压
Vin= 60V - |-5V| = 55V
2. 输入电容的耐压选择、若使用非同步整流芯片（如SCT2630）时的续流二极管耐压选择也需参考如上第一条留足降额；
3. 由于在Q1导通期间，输入没有向输出提供能量，此时重要是输出电容给负载供电；只有在Q1关断Q2导通期间，由电感提供能量给负载同时给输出电容充电，输入输出均不陆续，因而输入输出纹波电压比正压输出时略大；
4. 由于电感电流是叠加的，所以负压输出利用时芯片最大输出电流≤标称值的一半；
5. 底部带散热焊盘的芯片，PCB布局时建议底部散热焊盘接Vout，不建议接单板GND。
如下图为SCT2630：输入24V，负载2A，输出+12V、-12V实测数据对比：
图7 24V输入，+12V输出
图8 24V输入，-12V输出
规划总结
选取通用的buck降压转换器实现负压输出，设计单一易用，综合成本、机能、体积在负压利用场景中的性价比力高。
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