在如今的許多應用中，要求的額定輸入電壓超過(guò)許多現有DC/DC控制器的V_IN最大額定值。對此，傳統的解決辦法包括使用昂貴的前端保護或實(shí)現低端柵極驅動(dòng)器件。這意味著(zhù)采用隔離拓撲，如反激式轉換器。隔離拓撲通常需要自定義磁性，且與非隔離方法相比，設計復雜性和成本也有所增加。

存在著(zhù)另一種解決方案，可以通過(guò)使用V_{IN max}（最大輸入電壓）小于系統輸入電壓的簡(jiǎn)易降壓控制器來(lái)解決問(wèn)題。這是如何實(shí)現的呢？

降壓控制器通常來(lái)源于參考電位（0V）的偏置電源（圖1a）。偏置電源來(lái)自輸入電壓；因此，器件需要承受全部的V_IN電位。然而，因為開(kāi)通P通道金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管（MOSFET）所需的柵極驅動(dòng)電壓在VGS低于V_IN，P通道降壓控制器具有參考V_IN（圖1b）的柵極驅動(dòng)電源。關(guān)閉P通道MOSFET則僅需簡(jiǎn)單地將柵極電壓變?yōu)閂_IN（0V VGS）（圖2）。

圖1：N通道(a)的VCC偏置生成；和P通道控制器(b)

圖2：P通道控制器的柵極驅動(dòng)

非同步P通道控制器導出其偏置電源以驅動(dòng)P通道柵極，可帶來(lái)巨大的效益，并且可能實(shí)現提供懸浮在0V電位以上的虛擬接地。對于N通道高側MOSFET，電壓來(lái)自接地的參考電源。這是使用升壓電容器和二極管泵送的電荷，以提供高于V_IN源極電位的柵極電壓。使用P通道高側MOSFET可以顯著(zhù)簡(jiǎn)化該問(wèn)題。要打開(kāi)P通道MOSFET，柵極電位需要低于V_IN的源極電位。因此，電源僅參考V_IN，而非上面提到的V_IN和接地。

懸浮接地

如何為控制器創(chuàng )建懸浮接地？這很簡(jiǎn)單，通過(guò)使用射極跟隨器即可實(shí)現。圖3所示為這種方案的基本實(shí)踐。PNP發(fā)射極的電位為Vbe（~0.7V），低于齊納二極管電壓電位（Vz）。實(shí)質(zhì)上，您可以將控制器浮動(dòng)到V_IN，并調節控制器的參考值，以限制V_IN與器件接地之間的電壓。

圖3：使用簡(jiǎn)易射極跟蹤器方案創(chuàng )建虛擬接地

輸出電壓轉換

這里有一項挑戰需要克服。由于控制器位于虛擬接地（Vz-Vbe），并產(chǎn)生參考接地（0V）電位的降壓輸出電壓，因此如何才能將輸出電壓信號轉換為位于虛擬接地上方的反饋電壓（通常介于0.8V和1.25V之間）？圖4說(shuō)明了具體的挑戰。

圖4：展示V_OUT（參考0V接地）與控制器的反饋電壓（參考虛擬接地）之間電壓電位差的示意圖

要關(guān)閉環(huán)路，您可以使用一對配對晶體管以實(shí)踐圖5所示的電路。一匹配對將反饋信號發(fā)送至V_IN；另一匹配對產(chǎn)生從V_IN到虛擬接地之上電位的電流。

圖5：非同步控制器和使用配對晶體管的饋電實(shí)踐的高級原理圖

綜上所述

LM5085是我所述應用的理想選擇，因為它是一個(gè)P通道非同步控制器，其VCC偏置電源參考V_IN。在傳統應用中，LM5085可承受高達75V_IN的輸入電壓。對于輸入瞬態(tài)電壓遠高于75V的應用，請考慮此處提出的解決方案，該輸出為12V。

從控制器反饋電壓1.25V開(kāi)始，使用電流將反饋（Ifb）設置為1mA，使用公式1計算Rfb值：

式中，Rfb = 1.25k。

Rfb1設置電流鏡的參考電流。再次以1mA作為參考電流，并使用公式2，計算Rfb1，以設置輸出電壓：

式中，V_OUT = 12V，Rfb1 = 11.3k，Vbe為~0.7V。

當1mA流入Rfb2且發(fā)射極電流大致等于集電電流（Ie〜Ic）時(shí)，設置參考電流Iref2。環(huán)路閉合，且電壓將調節到所述的設定電壓。

輸出電壓調節

當瞬態(tài)電壓顯著(zhù)高于LM5085的絕對最大值時(shí)，適合應用這一想法。LM5085是一個(gè)恒定導通時(shí)間（COT）控制器；因此，其導通時(shí)間（Ton）與V_IN成反比。然而，當將V_IN鉗位到LM5085時(shí)，Ton將不再隨著(zhù)V_IN（至功率級）的增加而調整，因為器件將具有由齊納二極管設置的固定電壓，而V_IN（至功率級）將不斷增大。這將導致頻率下降，因為功率級輸入電壓的增加值超過(guò)LM5085的鉗位電壓；因此調節電壓可能會(huì )稍微開(kāi)始增加。因此，為確保以Type 1 紋波注入標準規定紋波注入電壓的大小。最終，確保紋波被制定在可接受的范圍內，以維持穩定性及最小化當紋波增加時(shí)的輸出誤差。

示例原理圖

圖6所示為絕對最大V_IN額定值為150V的48V電源的示意圖。示例可以在3A條件下提供12V_OUT。

圖6：使用LM5085在3A設計時(shí)為24V至150V_IN（最大）/ 12V_OUT

圖7所示為從原型電路板獲得的效率圖，圖中兩大參數為效率（%）和負載電流（A）。

圖7：不同輸入電壓下效率（%）與負載電流（A）的關(guān)系

圖8所示為150V_IN時(shí)的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)電壓和電感紋波電流。

圖8：通道1開(kāi)關(guān)節點(diǎn)電壓，通道4電感紋波電流

結論

您可以在系統輸入電壓高于器件最大輸入電壓額定值的應用中使用P通道非同步降壓控制器。該應用的優(yōu)點(diǎn)在于使用成本較低的控制器，且最大程度地減少了組件數量。關(guān)于降壓轉換器功率級的設計指導，請參見(jiàn)LM5085數據表中的應用信息。