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利用μModule稳压器实现正负反相应用的信号电平转换

发布时间:2018-06-14 责任编辑:lina

【导读】线性μModule稳压器非常适用于负载点电源,因为它们易于插入,紧凑,一体化设计。它们只需很少的工程工作就能适应狭小的空间 - 除了μModule封装本身之外,只需要几个组件。任何降压型μModule稳压器都可以用来毫不费力地生成负电压解决方案,同时保留μModule稳压器固有的常规简单设计和低元件数量优势。

介绍
 
线性μModule稳压器非常适用于负载点电源,因为它们易于插入,紧凑,一体化设计。它们只需很少的工程工作就能适应狭小的空间 - 除了μModule封装本身之外,只需要几个组件。任何降压型μModule稳压器都可以用来毫不费力地生成负电压解决方案,同时保留μModule稳压器固有的常规简单设计和低元件数量优势。
 
负电压输出的三个步骤
 
以下三个简单的设计步骤将降压拓扑转换为反相降压 - 升压拓扑,产生负输出电压轨。
 
将μModule稳压器的V OUT引脚连接至系统地(PGND)。这创建了反相降压 - 升压转换器所需的接地电感配置。
 
通过连接μModule稳压器的V IN引脚和PGND 之间的输入电源为转换器供电。
 
μModule稳压器的GND引脚现在变为负输出电压轨(-V OUT)。负载连接在负输出和PGND之间。
如图1(a)的标准降压配置所示,使用μModule稳压器(如LTM4601)需要少量输入和输出电容来生成功能齐全的降压型DC / DC转换器。在这种配置中,μModule稳压器的输出焊盘连接到它们相应的电压,即V OUT焊盘连接到外部V OUT,GND焊盘连接到外部GND。如果外部连接更改为图1(b)所示的配置,则降压型μModule稳压器将成为反相降压 - 升压型转换器。这里μModule稳压器的V OUT焊盘连接到外部GND,而GND焊盘成为负V OUT。因此μModule调节器GND指的是-VOUT。
 
图1.仅仅几个连接变化将一个降压μModule稳压器(a)转换为一个负输出稳压器(b)
 
电平转换控制信号
 
由于接地电平(PGND和GND)的不同,配置控制电路需要比功率级更多考虑。μModule稳压器参考其自身GND引脚的引脚电压,但其提供的输出电压是相对于系统地(PGND)的。在此配置中,要将任何PGND参考的外部控制信号(例如RUN,TRACK,PGOOD等)传送到μModule稳压器,需要将信号转换为μModule稳压器的接地参考GND(-V OUT)。
 

 
图2.μModule稳压器的输入信号必须从电源地电平转换为-VOUT参考电平
 
下面的电路示例显示了如何对RUN,PGOOD和TRACK引脚兼容性的系统接地参考信号进行电平转换。
 
运行电平转换
 
通过向引脚施加使能信号,RUN引脚输入允许μModule稳压器打开和关闭。在很多情况下,模块可以通过V IN和RUN引脚和V IN之间的上拉电阻使能,但是如果RUN引脚要通过外部PGND参考信号控制,则需要额外考虑。
 
想象一下,如果我们将PGND参考使能信号(V EN)直接应用于负转换器的RUN引脚而不使用电平转换电路,会发生什么情况。由于μModule稳压器在其RUN引脚上看到的电压为V EN + | -V OUT |,因此(取决于设定的输出电压),我们可能会超出引脚的绝对值。最大。额定电压(并导致零件损坏)。另外,一旦μModule稳压器打开,使能信号可能不足以关闭μModule稳压器。因此,我们需要一个电路将PGND参考使能信号转换为适合μModule稳压器RUN引脚的电平。
 
图3中的简单电路采用基于PGND的使能信号,电平将其降低到适合RUN引脚的电压电平。在使能信号为高电平的电路中,PNP晶体管Q1导通,产生一个具有Rb,Rc的偏置电流,使RUN引脚电压高于其阈值,并开启μModule稳压器。D1引脚的最大电压被钳位,以防止超过引脚的绝对值。最大额定值。当使能信号为低电平时,Q1关闭,电阻R3将RUN引脚放电至阈值以下,以关闭μModule稳压器。注意μModule稳压器封装内部可能已包含电阻R3和/或齐纳二极管D1,详情请参阅数据表。
 

 
图3.电平转换使能电路
 
图4显示了LTM4609在负输出配置中使用的RUN引脚电平转换电路的设置。V IN = 10V,-V OUT = -12V @ 2A。
 

 
图4.具有电平转换使能电路的LTM4609
 
PGOOD等级转换
 
PGOOD输出引脚指示μModule稳压器输出电压是否处于稳压(PGOOD高电平)范围内(PGOOD低电平)。模块内部PGOOD引脚是开漏MOSFET,因此需要一个上拉电阻来提供偏置电压。如果要在负输出配置中使用PGOOD功能,μModule稳压器看到的PGOOD信号必须适当地电平移动到PGND参考信号,以供系统进一步使用。
 
想象一下,如果我们直接使用模块的PGOOD输出信号而没有任何电平转换电路,会发生什么情况。由于PGOOD引脚上的PGND参考上拉电源(V S),因为模块在其PGOOD引脚上的最大电压为V S + | -V OUT |,所以(取决于设置的输出电压)引脚的绝对电压。最大额定值可以被超过。同样在此设置中,当模块PGOOD引脚信号为低电平时,PGOOD信号相对于PGND可能不适合在系统中使用(即PGOOD低电平信号电平
 
图5中的简单电路将μModule稳压器的GND引脚作为PGOOD信号,并将其电平转换为PGND参考信号PGOOD2,该信号适用于系统的进一步使用。在电路中,当模块输出一个PGOOD高电平信号时,PMOS M4关闭,R2将PGOOD2拉高以提供电压Vs. 齐纳二极管D1保护PGOOD引脚不超过其绝对值。最大。评分。当模块输出PGOOD低电平信号时,M4打开并将PGOOD2拉低至系统地。请注意,如果V S + | -V OUT | 可以省略齐纳二极管D1
 

 
图5. PGOOD电平转换电路
 
下面举例说明在负输出配置中使用LTM4618时PGOOD引脚电平转换电路的设置。V IN = 12V,-V OUT = -5V @ 3A。
 

 
图6.具有PGOOD电平转换电路的LTM4618
 
跟踪电平偏移
 
TRACK引脚输入允许μModule稳压器通过将跟踪信号(即,主μModule稳压器的输出电压轨的分压版本)提供给从μModule稳压器的TRACK引脚来跟踪另一电源轨的输出电压斜坡。每个μModule稳压器内部控制器所看到的TRACK引脚电压与其μModuleGND引脚相关,但在需要配置两个负输出转换器进行跟踪的应用中,μModule稳压器的GND引脚可以处于不同的电位。主和从GND引脚电位差异意味着主设备提供的跟踪信号不能直接施加到从设备的跟踪引脚。在这些类型的应用中,需要额外的考虑以确保从机相位能够看到来自主机相位的正确参考的跟踪信号。
 
在图7中的简单电路中,主微控制器的GND引脚参考跟踪信号(Vo1Div - negVo1)提供给差分放大器的输入。差分放大器由一个电源供电,该电源参考从模块μModule稳压器的GND引脚(在这种情况下,它由从模块自己的INTVCC稳压器供电)。由于放大器以从模块μModule稳压器的GND引脚为基准,因此其输出信号是输入跟踪信号的电平转换版本,正确参考从器件的GND引脚。然后放大器的输出信号被施加到从机的TRACK引脚,允许从机跟踪主机输出轨电压的移动。
 

图7.轨道电平转换启用电路
 
图8显示了使用跟踪引脚电平转换电路配置为负输出配置的两个LTM4618μModule稳压器的跟踪性能。V IN = 12V,-V OUT1 = -5V @ 2A,-V OUT2 = -2V2A。
 

 
图8.负向V OUT的 LTM4618跟踪
 
结论
 
μModule稳压器使设计人员能够像正面产品一样毫不费力地生产负输出应用。实际上,任何标准降压型μModule稳压器演示板都可以轻松配置为负输出应用。本文总结了电源地和μModuleGND(-V OUT)之间的相对地电平差异引起的控制电路设计考虑因素。


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