Флексибилни синхрони регулатори на преобразувачи на Вишај Силиконикс со FET; Конвертор на напон на напојување; Електроникат

13 декември 2016 година, 11:12 часот | Од Овен Брајант, Менаџер за инженерство на теренски апликации во Вишај Силиконикс

регулатори

Слика 2 - Топологија на регулаторот на buck со негативен излезен напон

За апликации кои бараат негативен работен напон, но каде што е достапен само позитивен работен напон на системот, се препорачува употреба на синхрони регулатори на buck.

Некои апликации, како што се сензори со биполарен излез или аудио засилувачи, бараат и позитивен и негативен работен напон. Мерни кола се уште еден типичен пример за такви апликации. Електричните сигнали честопати треба да се мерат до 0 волти. Ова не е можно со оперативен засилувач што се напојува само од позитивен напон. Ако оперативниот засилувач се напојува со позитивен и негативен напон, сигналот може да се мери преку целата негова амплитуда.

Најлесен начин да генерирате негативен напон е да користите втора намотка на трансформаторот во колото за напојување. Сепак, ова не е можно со систем во кој нема пристап до трансформаторот во напојувањето. Некои системи за мерење се дизајнирани, на пример, за работа на надворешен адаптер за напојување што доставува униполарен напон од 12V DC или 24V DC на главната плоча. Ова заштедува простор и системски трошоци. Во ваквите системи негативниот напон треба да се генерира од постојниот позитивен напон. Оваа статија објаснува како да го направите ова со користење на синхрон конвертор на префрлање. Модерен синхрон регулатор на префрлување со интегриран FET е идеално погоден за оваа намена бидејќи е енергетски ефикасен и бара минимум надворешни компоненти.

Генерирање на негативен излезен напон

Кога станува збор за конвертирање на позитивен влезен напон во негативен излезен напон, дизајнерите преферираат топологија на засилување (засилување/засилување) или понекогаш СЕПИК топологија; Со двете топологии, може да се постигне добро ниво на ефикасност што е далеку над тоа на линеарен контролер. Предложеното коло покажува дека истиот резултат може да се постигне и со регулатор за повлекување. Синхрон регулатор на преносот може да се трансформира во регулатор на засилување со негативен излезен напон со едноставно менување на референтната точка на земјата.

Ова коло е засновано на синхрониот регулатор на префрлувањето SiP12116. Топологијата COT што се користи тука овозможува развој на многу едноставно напојување за кое не се потребни никакви мерки за компензација. Регулаторот за опаѓање го користи "долниот" од двата интегрирани MOSFET за регулирање на тековниот раб. Надворешните компоненти бараат само излезен LC филтер, кондензатори за раздвојување на влезот и кондензатор за подигање.

Регулативата работи на ист начин како и со обичен регулатор на пресекот; главната разлика е во тоа што излезната струја тече во спротивна насока бидејќи врската Vout сега е на потенцијалот на земјата и излезниот напон се зема од оригиналната врска на земјата. Ова значи дека излезниот напон е негативен.

Слика 3 го покажува времето на напон на двигателот MOSFET. Тој не се разликува од оној на обичниот регулатор на пресекот. LX напонот може да се види и на сликата. Амплитудата се движи од -3,3 V до +12 V; Поголемиот дел од времето (сè додека спроведува „понискиот“ MOSFET) напонот е -3,3 V. Кривата подолу го покажува излезниот напон од -3,3 V. Следната крива ја покажува струјата низ индуктивноста. Бидејќи во симулацијата не е поврзано оптоварување, средната вредност е 0 A. Следните две криви ги покажуваат најважните параметри, имено струјата на одвод на двата MOSFET, IM1 и IM2. Забележете дека овие струи се поврзани со 0V. Струјата низ "горниот" MOSFET (IM1) тече од + V до 0 V. Бидејќи тече од плус до минус, тоа покажува крива на паѓање на времето.

Ако М1 блокира и М2 спроведува, струјата тече од –V до 0 V. IM1 потоа нагло се зголемува од –1 А на 0 А, додека IM2 паѓа на –1 А по наглото покачување на 1 А за време на фазата на вклучување (затоа што е поврзана со референтната точка 0 V). Што се однесува до работниот циклус Д, колото е идентично со обичен регулатор на пресекот. Сепак, напонот преку индукторот е Vin + | Vout |.

Сите други пресметки се исти како и за обичен регулатор на пресекот.

Најважните спецификации на ова коло се: Vin = 12 V, Vout = -3,3 V, Fsw = 600 kHz, Iout = 3 A, Vripple = 150 mV и Vin_ripple = 100 mV.

Синхрон регулатор на пресекот ја мери струјата преку „понискиот“ MOSFET. Сетилниот сигнал мора да биде толку голем што јасно се издвојува од бучавата на системот. Ова се постигнува со голема струја на бранување од 40 проценти од струјата на оптоварување. Ова исто така овозможува да се користи помала индуктивност. Во овој момент сакам да напоменам дека равенките за димензионирање на надворешните компоненти се релативно едноставни благодарение на топологијата COT и потребни се само неколку надворешни компоненти, бидејќи струјата преку „понискиот“ MOSFET се одредува внатрешно.

Дијаграмот на колото ги прикажува променетите референтни точки: Vout станува 0 V и 0 V станува –Vout. Соодветно димензиониран кондензатор за одвојување мора да биде поврзан помеѓу влезот и 0 V, како и помеѓу влезот и Vout.

Со оваа информација, развивачите можат брзо и лесно да развијат коло кое е прилагодено на нивната примена. Големината на негативниот опсег на напон на излезот зависи од избраниот синхрон регулатор на преградата IC. Еве еден пример: SiP12116 има максимален работен напон од 16 V и може да испорача негативен излезен напон до –4 V со влезен напон од 12 V. Со влезен напон од 5V, истиот IC може да испорача негативен излезен напон до -11V.

Во примерот опишан погоре, влезен напон од 12 V се претвора во негативен излезен напон од -3,3 V со ефикасност од над 90 проценти. Примерот ја покажува и ефикасноста и елеганцијата на ова решение за генерирање на негативен работен напон.