电源硬件设计----升降压变换器(负压输出)基础

1 升降压变换器的基本工作原理

1.1 升降压变换器(负压输出)简介

升降压变换器(负压输出)组成，如图所示：

• 功率半导体
• 输入输出滤波电容
• 滤波电感
• Vo相对于Vin是负压输出

升降压变换器(负压输出)作用：

• 通过变换器内部电路的工作，把输入正电压转换为后级需要的负电压输出
• 输出电压的绝对值不受输入电压的影响，可以高于或者低于输入电压

1.2 升降压变换器(负压输出)工作原理

开关管Q1导通，电流流经Q1、Lout、电感，输出电容Cout给负载供电。如图所示：

开关管Q1关断，电流经过Lout、负载、二极管D1。如图所示：

升降压变换器(负压输出)输入输出关系：
Q1导通，D1截止，电感两端电压(VL)为Vin，电感电流从Ivalley开始上升到Ipeak

Q1截止，D1导通，电感两端电压为-Vo，电感电流从Ipeak开始下降到Ivalley

当D < 0.5，Vo绝对值小于Vin，处于降压区
当D > 0.5，Vo绝对值大于Vin，处于升压区
当D = 0.5，Vo绝对值等于Vin

输出电压纹波：

• 输出电压纹波与输出功率有关
• 输出电容越大，电压纹波越小
• 输出频率越高，电压纹波越小

2 升降压变换器的器件选择

2.1 升降压变换器(负压输出)电感设计

电感电流平均值为：

电感的感值是基于期望的电流纹波，设电流纹波为电感平均电流的KIND倍，通常取0.2~0.6

电感的饱和电流值为：

电感的有效电流为：

2.2 升降压变换器(负压输出)输出电容设计

输出电容的纹波由两部分组成，一是电感电流对电容充放电的纹波：

二是ESR引起的纹波：

两者共同作用的纹波为：

3 升降压变换器的设计实例

3.1 TPS63700升降压变换器

TPS63700升降压变换器特性：

• 可调输出电压低至 -15V
• 输入电压范围：2.7V 至 5.5V
• 输出电流高达 360mA
• 效率高达84%

典型应用电路如图所示：

引脚配置和功能：

TPS63700内部框图：

3.2 基于TPS63700升降压变换器的设计实例

设计实例的电路原理图，如图所示：

元器件清单如下：

反馈电阻计算和选择，如图所示：

电感的计算和选择，如图所示：

输入和输出电容的计算和选择，如图所示：

PCB布板建议，如图所示：

希望本文对大家有帮助，上文若有不妥之处，欢迎指正

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