具短路保护和停机功能的负电压降压转换器

引言

负电压降压转换器越来越多地用于对负电压进行降压 (按绝对值)。需求日益增长背后的主要原因是开关变压器的标准化，这种变压器通常是由一个或两个副端绕组制成的。例如：倘若某个系统采用一个具有两个副端绕组的变压器以产生 ±12V，而且该设计还需要 -3.3V，那么工程师们往往倾向于采用不需要改变主变压器的解决方案，比如：负电压降压转换器。

电路描述和性能

图 1 示出了一款负电压降压转换器，它可从一个 -12V 电源轨产生 -3.3V/3A 输出。功率链路包含电感器 L1、二极管 D1 和 MOSFET Q1。LTC3805-5 控制器 IC 具有一整套基本功能，包括短路保护 (可以精确地设定电流水平)、转换器启用 / 停用以及可编程开关频率。

一个内部并联稳压器允许直接从输入电源轨给 IC 施加偏压。尽管这种拓扑结构凭借其简单性深受许多设计师的青睐，但在负电压降压转换器中有两个重要的设计考虑因素：检测输出电压以及远程停机。控制器参考于负电压，而输出电压和接通 / 关断信号则参考于系统地 (见图 1)。

为了补偿调节环路，采用了一个基于晶体管 Q3的电流反射镜。电阻器 RPRG 用于设置流入电阻器 RFB 中的电流，从而设定输出电压。在本例中，当输出电压等于 -3.3V 时，3.31k 的 RPRG 电阻器将流入电阻器 RFB 的电流设定为 1mA。该电流在电阻器 RFB 两端产生一个 0.8V 的压降，这与内部误差放大器的基准电压相等。

图 1：一个基于 LTC3805 的负电压降压转换器可从一个 -10V 至 -14V 输入产生 -3.3V/3A 输出

任选的停机电路是基于晶体管 Q2。假如给电阻器 R8 施加 5V 电压，则 LTC3805-5 将停机。这两个电路均参考于系统地。功率链路组件上的电压应力、转移函数和其他参数与我们所熟悉的降压型转换器相似。

如图 2 所示，效率约为 90%。负载特性曲线示于图 3。当负载超过 4.5A 时，输出电压开始下降；当负载为 5.0A 时，转换器将进入短路保护状态。在该状态中，输入电流不超过 20mA。输出电压将在短路状况被清除之后恢复。在 -40°C 至 70°C 的宽温度范围内，电压和负载调整率优于 ±1%。图 1 中电路的启动和瞬态响应波形分别示于图 4 和图 5。


图 2：效率与输入电压和输出电流的关系曲线

过流保护


图 3：输出电压与输出电流的关系曲线 (采用一个 -12V 输入电压)

 
图 4：满负载时的启动特性


图 5：瞬态响应 (针对一个从 1A 至 2.5A 的负载电流阶跃)
 
结论

负电压降压转换器是从一个标准的 -12V 电源轨产生额外负电压轨的常用方法。借助一款具有高效率、过流保护、快速瞬态响应和平稳启动特性的设计，这里给出的解决方案可以从一个 -12V 电源轨产生 -3.3V/3A 输出。

参考文献

《Fundamentals of Power Electronics》，作者：Erickson, Robert, W，第二版，ISBN 0-7923-7270-0