作者：Frederik Dostal，現場(chǎng)應用工程師
問(wèn)題：
為什么需要電平轉換？
答案：
反相降壓-升壓電路通常用于從正電壓產(chǎn)生負電源電壓。最重要的一步是確保正確產(chǎn)生負電壓。但是，如果電源由主應用電路控制或監控，則可能還需要電平轉換電路。該電路以地為基準，而反相降壓-升壓電源電路的GND引腳連接到所產(chǎn)生的負電壓。
簡(jiǎn)介
反相降壓-升壓電路產(chǎn)生的負電壓幅度可以高于或低于可用正電壓的幅度。例如，從+12 V可以生成-8 V，甚至-14 V。當使用具有反相降壓-升壓電路的開(kāi)關(guān)穩壓器IC時(shí)，系統可能需要設計通信引腳。如果確實(shí)需要，設計人員必須進(jìn)行充分的電平轉換，以便可以利用同步和使能信號。
設計電平轉換電路的注意事項
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反相降壓-升壓拓撲是基本開(kāi)關(guān)穩壓器拓撲之一，只需要一個(gè)電感、兩個(gè)電容和兩個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)。其中的開(kāi)關(guān)可由任意降壓穩壓器或控制器驅動(dòng)。因此，可供使用的開(kāi)關(guān)穩壓器構建模塊有很多。圖1顯示了具備所有必要元件的反相拓撲。
圖1.利用降壓開(kāi)關(guān)穩壓器生成負電壓的反相降壓-升壓拓撲
圖2顯示了帶有ADP2386降壓穩壓器的降壓-升壓電路。如果反相電路使用了降壓穩壓器IC，則該IC的接地連接需連接到生成負電壓的地方。降壓穩壓器的原始輸出電壓連接到系統地。而因為輸出電壓連接到系統地，所以反相拓撲中降壓穩壓器自身的地以生成的負電壓為基準。IC的基準電壓地（圖2中的GND）未連接到系統地。因此，這兩個(gè)地的電位不同。開(kāi)關(guān)穩壓器IC接地將成為所生成的負電壓。開(kāi)關(guān)穩壓器IC上的所有引腳現在都以所生成的負電壓為基準，而不是以系統地為基準。因此，從系統到IC或從IC到系統的通信線(xiàn)路和連接需要進(jìn)行電平轉換，以保障安全通信并防止損壞。通常，相關(guān)信號為SYNC、PGOOD、TRACKING、MODE、EN、UVLO和RESET。圖2顯示了電平轉換電路的一個(gè)示例，使用了兩個(gè)雙極性晶體管和七個(gè)電阻（藍色）來(lái)產(chǎn)生一個(gè)信號。該電路需占用一定的空間，并且增加了電路的復雜性和成本。前面提到的所有信號均必須單獨部署這種電平轉換器。當開(kāi)關(guān)穩壓器IC使用了電源管理總線(xiàn)(PMBus®)等數字總線(xiàn)時(shí)，情況將更為復雜。此時(shí)，整個(gè)總線(xiàn)連接必須采用電平轉換或電氣隔離才能運行。
圖2.外部電平轉換器用于為開(kāi)關(guān)穩壓器IC供電，使用外部時(shí)鐘實(shí)現同步
專(zhuān)為反相電壓設計的開(kāi)關(guān)穩壓器IC免去了對這種外部電路的使用需求。ADI公司根據降壓穩壓器IC設計了一系列開(kāi)關(guān)穩壓器IC，旨在為系統（即整個(gè)電子電路）和反相開(kāi)關(guān)穩壓器IC之間的通信提供便利。電路不需要使用如圖2所示的外部電平轉換結構。
圖3.MAX17579設計為反相降壓-升壓穩壓器，其中已集成電平轉換功能
圖3所示為MAX17579開(kāi)關(guān)穩壓器IC，可以從正電壓產(chǎn)生負電壓。顯而易見(jiàn)的是，圖3所示電路比圖2要緊湊得多。
LTspice®或EE-SIM®設計與評估環(huán)境等仿真工具，可以幫助用戶(hù)更好地了解反相拓撲中的穩壓行為和潛在的電位差。這些工具還可以用來(lái)設計和優(yōu)化電平轉換電路。MAX17579之類(lèi)的IC也可以利用EE-SIM設計工具輕松實(shí)現仿真。
關(guān)于A(yíng)DI公司
Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導體公司，致力于在現實(shí)世界與數字世界之間架起橋梁，以實(shí)現智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng )新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數字化工廠(chǎng)、汽車(chē)和數字醫療等領(lǐng)域的持續發(fā)展，應對氣候變化挑戰，并建立人與世界萬(wàn)物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財年收入超過(guò)120億美元，全球員工2.4萬(wàn)余人。攜手全球12.5萬(wàn)家客戶(hù)，ADI助力創(chuàng )新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)www.analog.com/cn。
關(guān)于作者
Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗的電源管理專(zhuān)家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)并于2001年加入National Semiconductor公司，擔任現場(chǎng)應用工程師，幫助客戶(hù)在項目中實(shí)施電源管理解決方案，積累了豐富的經(jīng)驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔任應用工程師，負責開(kāi)關(guān)模式電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔任多個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設計和應用知識，目前擔任電源管理專(zhuān)家。Frederik在A(yíng)DI的德國慕尼黑分公司工作。 |
