基于LM267X稳压器的正到负降压/升压转换器的应用技

工业、通信及个人系统等产品对稳压器或类似芯片的需求不断增加，但大部分开关稳压器的设计除了需要专门的设计技术外，更需增加大量外置式元件才可正常工作。本文介绍LM267X系列稳压器在极性反相转换器设计中的应用技巧。

极性反相转换器在开始工作时先将能量储存在电感器(L)内，后通过二极管(D)将能量传送至输出区。开关一旦启动，二极管便产生反相偏压，电感器电流也随即以线性方式增加。开关一旦关闭，电感器的极性将反过来，以确保开关电流可保持最高的流量。因此，二极管将产生正向偏压，而储存在电感器之内的能量会传送至负载及电容器。由于这类转换器可以升高或降低输入电压，因此，这种集成电路也称为降压/升压转换器。

设计上的考虑

采用LM2673芯片的极性反相稳压器的典型配置,负输出已接地，而反馈信号则传送至接地，因此无需额外的电平移位以及将反馈信号加以反相，就可适当调节负极输出。此应用方案也可采用可调型LM2673芯片，办法是将反馈电阻由接地连接至输出电压(VOUT)(与输出电容器并行连接)。由于这种电路的控制与输出传送函数的零点出现在右半平面，因此一般来说稳定性较差。因此，在输入与负
输出之间需要采用另一比输入电容器更小的电容器CC将之连接起来，以确保稳压器环路的稳定工作，100uF或以下的小电容可以发挥器件的性能。

若输出电流低至100mA以下，稳压器可以采用断续模式工作，这样便无需电容器CC。

若使用电容器CC，每当供电电压开始输入电路时，电容器充电电流会在输出的起始状态出现正电压尖峰，但一般来说，这个正电压尖峰波幅太小，不会引起任何问题。

电容器初始状态的充电电流会令电容器等效串联电阻(ESR)的电压下降。由于电容器CC及输出电容器可执行分压器的功能，因此电压尖峰的波幅在初始状态由CC及输出电容器的ESR数值所决定。输出电容器的ESR数值一般均远比补偿电容器的ESR为低，因此初期电压尖峰波幅很小，一般只有500mV。若传感器直流电阻高至2V以上，而启动电流在初始状态也很高，尖峰也将较高。二极管D2将正输出电压尖峰钳位在某一电平内，以肖特基二极管为例，电压大约可定在300mV内。大部份情况均无需钳位，也无需采用D2。

选择适用的元件

以下列出所选的电路元件及其详细计算结果。均以连续模式工作为基准计算。

占空比的计算如下：

D=( |VOUT|+Vd ) / (VIN+|VOUT|+Vd-VSW)

在上述方程式之中：Vd=二极管正向电压; VSW=晶体管导通电压; VSW=Iswmax*RDS(on);传感器平均电流为：

IL = IOUT/(1 - D)

采用不同方法可以计算出所需的电感量。较佳方法是将电感器纹波电流(△IL)选定在传感器平均电流(IL)的20%与30%之间。这样稳压器可在连续模式下工作，此设计的负载瞬态响应较好，输出纹波电压也较理想。

因此，峰至峰电感器纹波电流(△IL)选定为：△IL=0.2至0.3*IL，所需电感为：

L= VIN*D / (f-△IL)

电感器的额定RMS电流应等于或超过最高开关电流(Isw max)，以免电感饱和。此外，电感器的额定伏秒值至少应为：E*T= VIN/D*f

集成电路的额定参数计算

直流/直流转换器的额定功率必须支持最高电流及电压。

开关电流峰值为：

Isw max=IL+ △IL/2

由于芯片的接地连接输出，芯片的额定最高输入电压必须支持标称输入电压及输出电压。

芯片的额定最高开关电压及输入电压为：Vsw max=VIN+|VOUT|，功耗为：PD=VIN*Iq+(Isw max)2*RDS(on)，最高的开关电流取决于占空比D及电感器数值。

二极管额定值的计算

续流二极管D1必须满足以下参数要求：IDmax=Iswmax VDmax=VIN+|VOUT| PD=IDmax*VD*(1-D)

一般均会采用低正向导通电压的肖特基二极管，以便获得理想的转换效率。

选择适用的输出电容器

选择输出电容器时必须以其ESR数值的大小为主要的取舍标准，且其电容必须够大，足以在接通电源后提供负载电流。ESR数值的大小对输出电压纹波有决定性的影响。ESR的计算方法如下：

ESR = △VOUT/Iswmax

在以上方程式中：△VOUT=需要的输出纹波电压

电容器的电容必须达到某一最低的数值，才可提供所需的输出纹波及负载电流，其计算方法如下：

COUT min= IOUT*D/f-△VOUT

选择适用的输入电容器

选择输入电容器时必须以其ESR数值及额定RSM电流为主要取舍标准，以便为输入的高电流转变提供支持。

在实际应用中，选用低ESR电容器较理想，因为它有助于减低输入电压纹波，及减少对同一系统内的其他电路造成的干扰。至于部分对电磁干扰极为敏感的应用方案，可考虑添加L-C输入滤波器。

稳定性的考虑

由于开关模式的直流/直流转换器包含频率响应控制环路，因此其设计必须符合控制环路的稳定性标准