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熱搜關(guān)鍵詞:
在許多工業(yè)、通信及汽車電子系統(tǒng)中,信號鏈電路往往需要正負雙電源供電(如±5 V或±15 V),以滿足運算放大器、ADC/DAC、傳感器接口等器件的輸入動態(tài)范圍要求。此外,在碳化硅(SiC)功率器件的柵極驅(qū)動中,也常需要負電壓來實現(xiàn)快速關(guān)斷和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。?uk拓撲因其結(jié)構(gòu)簡潔、噪聲較低,成為從正輸入電壓生成負輸出電壓的理想選擇。
?uk拓撲是一種非隔離型DC-DC變換器,其核心結(jié)構(gòu)包括兩個電感(L1、L2)、一個開關(guān)晶體管(S1)、一個二極管(D1)和一個耦合電容(C1)。該拓撲又被稱為“2L反相拓撲”,因為它通過兩個電感實現(xiàn)了輸入與輸出之間的能量傳遞,并將輸出電壓反相。
開關(guān)導通階段:輸入電流流經(jīng)L1為C1充電,同時L2釋放儲能至負載;
開關(guān)關(guān)斷階段:L1通過D1續(xù)流向C1放電,L2則繼續(xù)向負載提供電流;
整個過程中,C1作為能量傳輸媒介,使輸出電壓反相于輸入電壓。
相比其他負電壓生成方案(如反激、電荷泵),?uk拓撲具有以下優(yōu)勢:
輸入與輸出均為連續(xù)電流,降低傳導EMI;
熱回路面積小,有利于抑制高頻噪聲;
可實現(xiàn)升壓或降壓功能,輸出電壓調(diào)節(jié)靈活。
選擇支持負電壓反饋的控制器或集成開關(guān)IC是設計的關(guān)鍵。例如 LT8330 是一款適用于?uk拓撲的高效升壓控制器,其具備如下特性:
支持輸入電壓范圍:3 V 至 40 V;
集成1 A、60 V MOSFET開關(guān);
特有FBX引腳,可兼容正/負電壓反饋;
固定2 MHz開關(guān)頻率,支持高密度設計;
超低靜態(tài)電流(IQ = 6 μA);
封裝緊湊,適合車載與便攜設備。
盡管?uk拓撲本身具有較低噪聲特性,但熱回路(由開關(guān)S1、二極管D1和耦合電容C1組成)仍是電磁干擾的主要來源。為減小寄生電感和輻射噪聲,建議采用以下布局策略:
S1、D1、C1應盡可能靠近IC的對應引腳;
使用短而寬的走線連接這些元件;
地平面保持完整,避免分割造成環(huán)路增大;
多層PCB中優(yōu)先將熱回路布置在同一層,減少過孔引入的電感。
圖1所示為基于LT8330的?uk穩(wěn)壓器電路,輸入為12 V,輸出為–15 V,輸出電流能力可達100 mA以上。其主要參數(shù)配置如下:
圖1
L1、L2:各為10 μH;
C1:陶瓷電容,1 μF;
D1:肖特基二極管,耐壓≥60 V;
輸出濾波:π型濾波(10 μF + 10 Ω + 10 μF);
反饋分壓電阻:根據(jù)–15 V設定FBX參考電壓。
該電路工作于固定頻率PWM模式,也可啟用Burst Mode?以提升輕載效率。
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輸入與輸出端均無突變電流,顯著降低EMI;
輸出紋波低,適合對噪聲敏感的模擬前端;
支持寬輸入范圍,適應電池供電或多軌系統(tǒng);
結(jié)構(gòu)簡單,易于實現(xiàn)小型化設計。
運算放大器/儀表放大器供電;
ADC/DAC基準電源;
SiC/MOSFET柵極驅(qū)動電源;
汽車ECU、車載攝像頭模塊;
工業(yè)傳感器與測量設備。
?uk拓撲憑借其低噪聲、高效率、結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點,成為生成負電壓的理想選擇。結(jié)合高性能開關(guān)控制器如LT8330,不僅簡化了設計流程,還能實現(xiàn)優(yōu)異的電氣性能與EMI表現(xiàn)。對于需要穩(wěn)定負電源、且空間受限的應用場景,工程師可優(yōu)先考慮采用此拓撲結(jié)構(gòu)進行電源設計,并注重熱回路布局優(yōu)化,以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。