引言

電源轉換器常用于從現(xiàn)有電壓軌為電路生成穩(wěn)定的電源電壓。在大多數(shù)應用中，電壓通過降壓轉換開關穩(wěn)壓器降低。但有時候，電壓需要升高，而這通常利用升壓型轉換器實現(xiàn)。降壓和升壓這兩種拓撲結構應用于許多領域。

然而，有時電壓需要反相。在大多數(shù)情況下，需要將正電源電壓轉換為負電壓。這是為了給信號路徑中的傳感器供電，使其能夠處理具有正負電壓偏轉的信號。例如，+5V和-5V用作運算放大器的電源，以處理信號電壓。某些應用需要負電壓來安全關斷MOSFET的柵極。要從現(xiàn)有正電壓產生負電壓，圖1所示的反相拓撲是合適的方案。其中，正電壓被轉換為負電壓。這種電路結構簡單，不需要變壓器，可以利用標準降壓型開關穩(wěn)壓器IC構建。降壓型穩(wěn)壓器的輸出電壓連接至系統(tǒng)接地端，GND引腳電壓產生負電壓，該負電壓可通過電阻分壓器Rfb1和Rfb2進行調節(jié)。

圖1 從正電壓產生負電壓的開關電源轉換器

除了這種應用之外，有時還需要將負電壓轉換為正電壓。一種常見應用是在電信領域，其中必須將-48 V轉換為+48 V。此外，在工業(yè)領域也有應用。針對這一需求，確實存在一種不需要變壓器的高效解決方案。圖2展示了一種反相升壓轉換器，它能從負電壓產生正電壓。它需要的不是降壓型穩(wěn)壓器，而是升壓型穩(wěn)壓器IC。電源電平必須以適當?shù)姆绞皆O計，使得開關的相應體二極管沿正確的方向導通。

圖2 從負電壓產生正電壓的開關電源轉換器

為了高效地將負電壓轉換為正電壓并實現(xiàn)多種特性，需要額外的元器件。例如，不同的設置引腳需要電平轉換，以實現(xiàn)軟啟動或時鐘同步等功能。這些引腳上允許的電壓范圍取決于開關穩(wěn)壓器IC的GND引腳，即負輸入電壓。

圖3 LTC7899電路的LTspice電路圖

為了在較高功率下也能實現(xiàn)平穩(wěn)的切換，可以使用專用開關穩(wěn)壓器IC來有效完成從負電壓到正電壓的轉換。LTC7899就是這樣的IC。它是一款開關電源升壓轉換器控制器，專為將負電壓轉換為正電壓而設計。它使用外部開關，而且同步工作，并在輸入和輸出之間提供高達135 V的極寬電壓范圍。圖3顯示了仿真程序LTspice?中的LTC7899反相電路實現(xiàn)方案，用戶可借助該軟件對電路進行仿真分析。

結語

無需變壓器也能輕松地使負電壓和正電壓反相。許多應用需要這樣的反相功能。目前已有多種簡單解決方案，也有眾多合適的電源轉換器IC可供選擇。然而，要設計高性能、易于使用的電路，使用LTC7899等特殊開關控制器將非常合適。

作者簡介

Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經驗的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子學專業(yè)，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔任現(xiàn)場應用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，進而積累了不少經驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔任應用工程師，負責開關電源產品。他于2009年加入ADI公司，先后擔任多個產品線和歐洲技術支持職位，具備廣泛的設計和應用知識，目前擔任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。