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如何实现-12V输入到+5V输出?

发布时间:2019-12-09 责任编辑:lina

【导读】这样的一个应用:-12V的输入,+5V的非隔离输出, 也就是负电压输入、正电压输出,应该采用什么结构的变换器?
 
这样的一个应用:-12V的输入,+5V的非隔离输出, 也就是负电压输入、正电压输出,应该采用什么结构的变换器?
 
反激变换器可以实现上述的电压变换,但要用到变压器,如果不用变压器,那么是否有其它的更简单的方法?
 
电源控制IC内部所有的电路都是以IC的地管脚为基准,如果将输入电压的负端,连接到IC控制器的地管脚,那么对于变换器而言,输入电压相当于正电压,如图1所示。
 
如何实现-12V输入到+5V输出?
图1:负输入端连接到IC地
 
输入电压为-12V,变换器的输入电压相当于+12V;输出+5V相当于+17V,因此,这个应用相当于将+12V电压升到+17V,可以使用BOOST变换器,VCC相对于IC的地管脚(-12V)也是正电压,可以正常供电,如图2所示。
 
 如何实现-12V输入到+5V输出?
图2:BOOST变换器
 
输出若采用二个电容串联,中间点连接到输入地,相对于输入地,就可以取出+5V电压。由电路的连接关系,串联端下边电容和输入电容并联,可以省去。
 
 如何实现-12V输入到+5V输出?
图3:+5V输出电压
 
若IC的FB管脚内部参考电压为2.5V,反馈调节要求R2的电压(FB管脚对IC的地管脚的电压)保证恒定的2.5V,同时流过R1、R2的电流相同(忽略流入FB管脚的电流),从而保证系统的调节维持输出电压的恒定。
 
IC的地管脚电压为-12V,VR2=2.5V,则FB管脚的电压为-9.5V;输出电压为+5V,输出对IC的地管脚电压为+17V,VR1=14.5V。
 
输入电压有一定的波动范围,如果输入电压变为-15V,VR2=2.5V恒定,VR1仍然为14.5V,FB管脚的电压为-12.5V,输出端对IC的地管脚的电压仍然为+17V,输出端对系统输入地的电压为:17-15V=+2V,而不是+5V。因此,输入的负电压发生变化时,输出电压也会发生改变,直接用这样的反馈不满足要求。
 
 如何实现-12V输入到+5V输出?
图4:反馈控制
 
为了实现当输入负电压发生变化时,IC的反馈调节维持输出电压的稳定,必须要将R1、R2隔离,同时还要满足前面的二个条件。
 
 如何实现-12V输入到+5V输出?
图5:R1/R2隔离
 
三极管的集电极电流和发射极电流大约相等,相互隔离,同时受基极电流控制,可以实现上述功能。
 
由图中R1/R2的电流方向,如果NPN管,R1接集电极,R2接发射极,基极能连接的点有输入地、输入负电压端和输出端。
 
基极连接到输入负电压端,NPN管无法工作;基极连接到输出端,输出端和FB管脚的压降保持恒定的0.6V,不满足调节要求;基极连接到输入地,FB管脚将被箝位在-0.6V,也不满足调节。
 
 如何实现-12V输入到+5V输出?
图6:NPN管隔离R1/R2隔离
 
改用PNP管,如图7所示,R1接发射极,R2接集电极,用上面分析方法,基极连接到输出端或输入负电压端,都不满足要求。基极连接到输入地,可以满足系统调节的要求。
 
如何实现-12V输入到+5V输出?
图7:PNP管隔离R1/R2隔离
 
电阻R2的电流为:
 iR2=VFB/R2
 iR2==iR1
 iR1=(Vo-0.6V )/R1
 
其中,三极管VBE=0.6V,VFB=2.5V。选取合适R2,由上式,就可以计算R1的值。为了系统稳定,可以在输出端到输入地之加一个阻值较大的电阻作为假负载。
 
MOSFET导通:
 
如何实现-12V输入到+5V输出?
MOSFET关断:
 
如何实现-12V输入到+5V输出?
 
由电感的伏秒值平衡: 
 
 如何实现-12V输入到+5V输出?
 
当输入负电压或输出负载的变化导致输出电压发生改变时,例如,若输出降低,R2、R1的电流降低,VFB电压降低,内部COMP脚电压上升,占空比增加,从而提高输出电压。
 
同样的类似的应用,如-48V的输入,+5V的非隔离输出,也可以用本文的方法实现。
 
 
 
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