先進(jìn)驅(qū)動(dòng)協(xié)助系統(tǒng)中的偏置傳感器、聲納應(yīng)用的超聲波傳感器和通信設(shè)備需要低電流負(fù)高壓。回彈、逆變、逆變等轉(zhuǎn)換器都是可能的解決方案,但會(huì)受到體積大的變壓器(逆變和逆變)的影響,或控制器的輸入電壓(逆變)限制其最大負(fù)電壓。在這個(gè)電源提示中,我將詳細(xì)描述一個(gè)轉(zhuǎn)換器的操作,該轉(zhuǎn)換器對(duì)一個(gè)單電感與一個(gè)在不連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)中運(yùn)行的逆變電荷泵(DCM)。與地面參考提升控制器,可以產(chǎn)生一個(gè)大的負(fù)輸出電壓系統(tǒng)成本較低。

圖1 展示了一個(gè)簡(jiǎn)化的電力階段示意圖。請(qǐng)注意,這個(gè)示意圖不同于傳統(tǒng)的倒轉(zhuǎn)式桶式升轉(zhuǎn)器,它在V之間"漂浮"控制器。 ?V 在外面 .最大值-V 在外面 可達(dá)到的最大值是減去 最大輸入電壓.這將使幾乎不可能找到一個(gè)控制器,能夠驅(qū)動(dòng)輸出電壓在-100V或以上的n通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。

圖1 感應(yīng)器驅(qū)動(dòng)逆變電荷泵的簡(jiǎn)化功率級(jí)

電路的運(yùn)行可以分為三個(gè)間隔( 圖2 )。在第一階段,FET在值班周期(d)期間使用,適用于V 在…中 通過電感,允許電流從零上升,儲(chǔ)存能量。但是,在上一個(gè)周期,C1(保持大約等于V的電壓) 在外面 )已耗盡多余的儲(chǔ)存能量,與首被告及次被告背道而馳。這就是為什么首被告、次被告和C1在此間隔中沒有顯示的原因。提供所有負(fù)載電流。

在下一個(gè)區(qū)間,d',FET關(guān)閉,電感電流開始放電,導(dǎo)致其電壓極性逆轉(zhuǎn)。這大大增加了節(jié)點(diǎn)VFET的電壓,使C1能夠通過D1充電。在此期間,電流向下傾斜,直至D1關(guān)閉。然而,由于D1的反向恢復(fù)特性,電流在最后關(guān)閉前會(huì)呈負(fù)變化,此時(shí)電感電流的斜率會(huì)改變,其電壓極性會(huì)再次逆轉(zhuǎn)。

第三個(gè)區(qū)間,D',是從C1到C2的能量轉(zhuǎn)移發(fā)生的時(shí)間。當(dāng)D1停止導(dǎo)電時(shí),電感電壓被夾緊到V 在…中 因?yàn)閂FTE節(jié)點(diǎn)電壓是通過FET的體二極管的電流路徑被迫接地的。電流通過D-2,直到在C1和C2之間的電壓相等,但電流通過FET的二極管體繼續(xù),直到電感器的電流達(dá)到零。此時(shí),電感器上的電壓崩潰并與電路寄生體共振,直到FET再次打開。

圖2 DCM運(yùn)作的三個(gè)階段

圖3 詳細(xì)說明關(guān)鍵電壓和電流波形。DCM操作允許最小的電感,但有更高的峰值電流。DCM操作的電感是在最大工作周期,最小V時(shí)確定的。 在…中 以及滿負(fù)荷。根據(jù)控制器數(shù)據(jù)表仔細(xì)檢查最大任務(wù)周期,但您通常可以選擇60%-90%,否則會(huì)發(fā)生跳跳。更大的電感將把操作推入連續(xù)傳導(dǎo)模式,因?yàn)樵谙乱粋€(gè)開關(guān)周期之前電流不會(huì)回到零。這就導(dǎo)致使用可能比必需大的電感,需要特別注意防止次諧波振蕩。

圖3 DCM中的關(guān)鍵電路波形

設(shè)計(jì)方程

對(duì)于DCM操作,方程1滿足涉及電感器存儲(chǔ)能量的關(guān)系:

我在哪里 PK 是峰值電感的電流,是轉(zhuǎn)換器的效率。峰值電感電流等于方程2:

從以下兩個(gè)方程中,方程3用下列方式表示了責(zé)任周期(d):

自V以來 在…中 電感器上的電壓是不是 PK 是不是電感電流在任務(wù)周期D結(jié)束時(shí),用方程2代替方程3,產(chǎn)生方程4和5:

平均負(fù)載電流是由方程6和方程7的幾何關(guān)系確定的:

將方程2替換為方程7提供了方程8:

這一期間的剩余部分被定義為D'',即當(dāng)能量轉(zhuǎn)移到C2和剩余的電感電流放電到零(方程9)時(shí):

圖4 給出了一個(gè)用雙電壓器實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)換器的示意圖,它允許每個(gè)功率級(jí)組件的電壓應(yīng)力等于全輸出電壓的一半。這提供了更廣泛的組件選擇。在這個(gè)應(yīng)用程序中,電感被計(jì)算為輸出電壓的一半,但是是負(fù)載電流的兩倍。

圖4 帶雙電壓和平移電流鏡的感應(yīng)驅(qū)動(dòng)逆變電荷泵

該轉(zhuǎn)換器提供了一個(gè)小型的單感應(yīng)器解決方案,以產(chǎn)生一個(gè)大的負(fù)電壓。此外,它允許使用一個(gè)廉價(jià)的地面參考提升控制器來驅(qū)動(dòng)一個(gè)n通道FET。