DC/DC转换器：提供负电压的器件

时间： 2024-05-19 来源：TOPPOWER（顶源科技）官网

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反相转换器的基础知识

反相转换器的主要目的是在输出端提供负电压。除了此功能之外，极性反转拓扑对于为负载供电非常有用，与系统接地的极性无关，但由可能高于或低于输出电压的输入电压供电[1]。反相拓扑通常使用单个电感器，不需要任何耦合电容器[2]。这导致使用更少的组件来实现反相拓扑。然而，由于它适用的应用范围较窄，因此与其他基本DC/DC转换器拓扑相比，它的使用频率较低。对于处理较大整流器电流的场景，采用同步降压或同步升压器件[3]。

反相转换器的实现可以通过多种方式实现。可以通过负参考来实现，即使用任何降压器件将正电压转变为负电压。也可以通过正参考，利用任何升压装置将负电压转变为正电压[4]。反相转换器拓扑的具体类型之一是反相降压-升压转换器。图1显示了降压拓扑、升压拓扑和极性反转降压-升压拓扑。众所周知，它是一种简单且低成本的极性反转转换器，具有很少的功率级组件。它具有元件数量少、开发复杂度低的优点，并且可以使用标准的高边调节器集成芯片来实现。这些也是用于降压转换器的。

图1. 降压拓扑、升压拓扑和极性反相降压-升压开关转换器的电路图。

众所周知，通过利用真正的反激式拓扑来反转输入电压的方向，并且与传统的反激式转换器拓扑类似，因为它具有1:1的绕组比。电流在输入和输出处都是脉冲电流。由于输出电压飞回开关节点，因此被称为反激电压，因此，半导体开关上的电压应力是输入和输出电压的总和。控制器以负输入或输出为参考；因此，它必须承受输入和输出电压的总和。

降压-升压转换器工作原理

极性反相降压-升压转换器是一种基本的功率转换拓扑。它是使用有源开关（通常是MOSFET）、无源开关（通常是二极管）和电感器来实现的[1]。

图2说明了反相降压-升压转换器的工作原理。当开关导通时（称为导通时间），电感器两端存在输入电压，迫使电流流向地面。在这种情况下，能量存储在气隙中。当二极管导通、开关管关断时（称为关断时间），电感电压翻转，导致整流器导通。这会导致输出端出现负电压。导通期间流动的电流通常称为磁化电流，而关断期间流动的电流称为反激电流。导通期间存储在电感器中的能量用于驱动反激电流[5]。

图2.说明反相降压-升压转换器工作原理的电路图。

该拓扑的传递函数可以表示为Vout=-Vin。

接通时间与关断时间之比称为占空比，用D表示。

要点

反相开关转换器是一种能够提供负电压的DC/DC转换器。

反相拓扑通常使用单个电感器，不需要任何耦合电容器。

极性反相降压-升压转换器是一种简单且低成本的极性反相转换器，功率级元件很少。

反相降压-升压转换器的传递函数可以表示为Vout=-Vin。（T开/T关）。

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