|
最常見的開關(guān)電源結(jié)構(gòu)是降壓轉(zhuǎn)換器，它能高效地將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓。圖1給出了一個(gè)典型的降壓轉(zhuǎn)換器，其中N溝道MOSFET Q1需要一個(gè)浮柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)。浮柵驅(qū)動(dòng)是PWM（脈寬調(diào)制）控制器IC的一部分。根據(jù)控制器的設(shè)計(jì)，Q1可以是N溝道或者是P溝道。遺憾的是，IC的額定電壓必須與輸入電壓同高，這限制了它可以處理的極限最高電壓。 圖2中的電路采用一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓電平移位器，用一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器控制一個(gè)帶低側(cè)IC的導(dǎo)通晶體管，該IC有以地為基準(zhǔn)的柵極驅(qū)動(dòng)。由于PWM IC中的電平移位電路不用承受大電壓，因此可以實(shí)現(xiàn)任意高輸入電壓的轉(zhuǎn)換器。 帶低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)的PWM IC可以為N溝道MOSFET供電，當(dāng)它們有正的柵源電壓時(shí)導(dǎo)通。圖2中的電路使用P溝道器件作高側(cè)MOSFET；它在柵源電壓為負(fù)時(shí)導(dǎo)通。因此，必須將來自PWM控制器的控制信號(hào)作反轉(zhuǎn)。Q2和Q3構(gòu)成的MOSFET圖騰柱結(jié)構(gòu)也能工作，不過也可以采用一個(gè)反相柵極驅(qū)動(dòng)器。 電容C2完成電平移位功能。它的值必須足夠大，從而在開關(guān)頻率下維持自己的電荷，而其電壓又要足夠小，跟得上輸入電壓的變化。電阻R1 和P溝道MOSFET Q3將C2充電至電壓VC=VIN–VCC，其中VC是C2的電壓，VIN是輸入電壓，而VCC是Q2和Q3圖騰柱結(jié)構(gòu)及PWM IC的供電電壓。供電電壓必須低于齊納二極管D2的擊穿電壓。另外，每當(dāng)Q2導(dǎo)通時(shí)電流都會(huì)流經(jīng)D2和C2，降低了效率。D2將C2的電壓限制在上式中的值。當(dāng)Q3導(dǎo)通時(shí)，如果試圖升壓則D2變?yōu)檎．?dāng)Q3導(dǎo)通時(shí)，該電路在Q1柵源極之間施加的電壓為0V，當(dāng)Q2導(dǎo)通時(shí)加的電壓為–VCC。 電阻R1亦確保了Q1柵源電容的放電，當(dāng)圖騰柱輸出電壓為高時(shí)，它保持Q1的關(guān)斷。二極管D2將Q1的柵源電壓限制在12V，無論電路輸入電壓是多少。電容C2對(duì)Q1的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖是透明的，因此電路的柵極驅(qū)動(dòng)能力與圖騰柱電路本身一樣好。因此，電平移位對(duì)于電路可以驅(qū)動(dòng)的MOSFET 大小沒有限制。 圖3表示一個(gè)采用這種方案的實(shí)際降壓轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為18V~45V，其輸出電壓在1.5A輸出電流時(shí)為12V。轉(zhuǎn)換器使用美國國家半導(dǎo)體公司的LM5020-1反激/升壓/正激/SEPIC（單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器）PWM控制IC。 圖中保留了為前圖而設(shè)計(jì)的元件，但增加了一些功能，如C9的輸入電壓過濾，R2和R7的輸入欠壓鎖定，C3的軟起動(dòng)功能，12.7 kΩ R3的500 kHz開關(guān)頻率設(shè)置功能，C7、C8和R6的反饋補(bǔ)償，以及R9和R10的輸出電壓設(shè)置。 LM5020-1提供了電流模式控制，但在本電路中，它采用的是電壓模式控制。一個(gè)峰值為50μA的內(nèi)部鋸齒波電流源用于電壓的斜升，為一個(gè)電流信號(hào)增加斜率補(bǔ)償。這個(gè)電流流經(jīng)5.11kΩ電阻R4和一個(gè)2kΩ的內(nèi)部電阻，在CS腳（Pin 8）產(chǎn)生一個(gè)50μA × （2kΩ + 5.11kΩ）≈ 300 mV的峰峰值電壓。COMP腳（Pin3）將這個(gè)鋸齒波與COMP腳的輸出誤差電壓作比較，為Q1生成正確的占空比信號(hào)。 圖 4是電路的開關(guān)波形。示波器通道1（下方曲線）表示LM5020-1生成的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。通道2（中間曲線）表示相應(yīng)的圖騰柱輸出電壓。通道3（上方曲線）表示Q1柵源之間的電平轉(zhuǎn)換后圖騰柱輸出電壓。Q1柵源電壓的峰值等于輸入電壓，其波幅大約為8V，即LM5020-1內(nèi)部產(chǎn)生的供電信號(hào)值。所有波形都很清晰，上升與下降時(shí)間均很短。該電路的滿負(fù)荷效率在輸入電壓為18V和45V時(shí)分別為86%和83%。 |
