从基于传感器的设计到功率放大器,电子工业的许多应用都周期性地面临着产生负电压轨的要求。虽然已使用的许多基于变压器的设计、充电泵等方法都能满足这一特定要求,但降压 - 升压式(buck-boost) 逆变拓扑结构设计简单,同时节省了功率和占板空间。


在许多应用中,电力预算已然紧张,PCB 面积常常受到限制,因为客户在要求缩小方案大小的同时,需要在许多新产品中加入用电量高的功能。使用 Buck-Boost 逆变拓扑的电源器件可提供一个方案,因此对于系统设计人员非常有价值。

 

降压稳压器可被重新配置为使用 buck-boost 逆变拓扑从正输入电压产生负输出电压。与降压稳压器不同的是,buck-boost 逆变在“关断”时间内通过输出二极管传输能量到输出端。因此,用户必须记住,平均输出电流总是小于平均电感电流。设计人员还必须注意,器件基准电压不再是接地而是为负输出电压,这使得器件的有效输入电压为 VIN+ |VOut|。

 

 

电信厂商倾向于采用两级设计以产生负电压轨用于氮化镓(GaN)功率放大器(PA)驱动器。第一级将输入电压(通常为 48-65V)降至 12V,然后是产生 -6.5V 的第二级。通过使用如安森美半导体的 NCP4060A 这样的器件,设计人员可将其合并成一级,将高输入电压转化为负输出电压,同时保持高能效,并提供方案用于空间受限的应用。

 

在采用 Buck-Boost 拓扑时,需要考虑许多重要的因素和挑战。安森美半导体的 NCP4060A 是 80V 同步降压稳压器,集成功率 FET,可承受达 6A 的直流负载。这是一个器件提供从高输入电压到负输出电压转换的灵活性的很好的例子,只需基于降压拓扑将 Vout 与 GND 互换。

 

图 1. NCP4060 用于 Buck-Boost 配置

 

将 Buck IC 重新配置为 buck-boost 逆变电路以从正输入产生负电压的实施步骤相对简单,但有一些设计诀窍值得注意和遵循,以强调 Buck 稳压器和 Buck-Boost 逆变之间的根本区别。