PWM控制器处理具有负输入电压的多个拓扑

传统上，电信和数据通信设备为系统总线提供负直流输出电压，例如-48 V。原因很简单：直流电压可以保持低噪音，并且很容易从普通的铅酸电池产生，通常在12伏左右。此外，负电源可使电缆和铜线远离腐蚀。通常，在服务器和计算机等应用中，这种未调节的负直流输出电压被反转为正母线电压，用于驱动各种降压转换器，这些降压转换器必须在高输出电流下产生稳定的低直流电压，以驱动各种电子在系统板上加载。此类系统板还使用放大器，运算放大器和传感器等功能，这些功能可在稳压，负电源或分离电源上工作，以保持AC信号的清洁。

将此未调节的负电源转换为稳压负电源或调节的负升压电压以及正调节电压并非无足轻重。使用分立组件时，每种拓扑结构都很复杂且耗时。更重要的是，它不能保证性能，并且在占用更多电路板空间的同时可以降低成本。

为了使设计人员能够轻松完成这项任务，凌力尔特公司开发了一种新颖的同步多拓扑DC/DC控制器LT8709，可通过负输入轻松配置降压，升压，降压 - 升压和反相拓扑，使其适用于各种电源设计。此外，它的同步操作意味着输出二极管被高效率的P沟道MOSFET取代，从而提高了效率，并允许更高的输出电流高达20 A.因此，它消除了通常在介质中所需的散热器。高功率应用，使设计人员能够生成各种具有负输入电压的DC/DC转换解决方案，适用于各种电源设计。

本文研究了这种新型DC/DC控制器的架构，以了解为什么它很容易产生降压，升压和降压 - 升压，以及反向负输入电压拓扑。除了揭示其独特的功能和特性之外，我们还将展示基于LT8709的负极到负极和负极到正极DC/DC转换解决方案的工作示例，以满足所需的输出负载电流。还将讨论设计示例的测量性能结果。

多拓扑控制器

根据Linear的产品设计经理Albert Wu的说法，DC/DC控制器的反馈电路是独一无二的。如图1所示，单反馈（FBY）引脚将多拓扑控制器配置为降压，升压，降压 - 升压或反相转换器。该架构可确保FBY引脚的电压始终相对于控制器芯片的接地（GND）引脚。连接在VOUT和FBY引脚之间的电阻RFBY使用以下公式计算：。

对于负输出电压，（1）

对于正输出电压，（2）

图1：LT8709负输入同步多拓扑的内部框图DC/DC控制器。

LT8709还具有创新的EN/FBIN引脚电路，允许缓慢变化的输入信号和可调节的欠压锁定（UVLO）功能。该引脚还用作输入电压调节，以避免高阻抗输入电源崩溃。还集成了诸如频率折返，热关断和软启动等附加功能。 LT8709的轨到轨输出电流检测允许控制器配置为限流应用，如电池或电容充电。此外，它还具有PG引脚，用于电源良好指示。

使用内部振荡器，控制器的开关频率可以通过电阻RT轻松设置在100 kHz和750 kHz之间，电阻RT从RT引脚连接到-VIN引脚。但是，它也可以与外部时钟同步。 LT8709采用20引脚TSSOP封装。

选择开关频率是效率和元件尺寸之间的权衡。虽然低开关频率通过降低MOSFET损耗来提高效率，但它需要更大的电感和/或电容来维持低输出纹波电压。

该输入范围为-4.5 V至-80 V，可配置各种DC/DC转换解决方案。让我们首先使用负降压转换器，如图2所示。在此应用中，LT8709拓扑结构从更负的输入电压产生负输出电压。根据这种设计（取自控制器的数据手册），该电路在-16 VDC至-30 VDC的输入电压下，在8.5 A时产生-12 VDC。用于计算外部无源元件（包括电感）值的公式在数据表 ¹ 的表1中给出。在此设计中，反馈电阻RFBY1和RFBY2通过将FBY引脚相对于GND引脚调节至-1.234 V来设置输出电压。

图2：LT8709配置为负到负极降压转换器。元件值的开关频率为250 kHz，-16 VDC至-30 VDC输入至-12 VDC输出，负载电流为8.5 A.

描述此配置的负载电流变化的测量效率响应在图3中，负输入（-VIN）为-24 V.曲线表明从低负载到高负载的转换效率保持在90％以上。从中负载到满负载，它超过95％。同样，输出负载阶跃的瞬态响应非常高。

图3：输入电压VIN = -24 V时的效率和功率损耗与负载电流的关系。

类似地，图4显示了负向正反相转换器拓扑结构。在此设计中，LT8709从负输入电压产生正5 V输出电压，具有更大，相等或更小的幅度。单个反馈电阻RFBY通过参考GND引脚电压将FBY引脚调节至-15.8 mV来设置输出电压。该逆变器设计的元件值基于LT8709数据手册 ¹ 的表2中提供的公式。

图4：Linear Tech的LT8709配置为负向正反相转换器，在4 A负载电流下产生正5 V输出电压从-4.5 V至-42 V的负输入电压范围。

LT8709的数据手册还提供了拓扑特定的布局指南，以实现电源电路的最佳散热，效率和EMI性能。遵循这些指导原则将有助于您实现所需的性能。

虽然本文仅提供了两个基于LT8709的设计实例，负降压和反相转换器，但产品数据表详细介绍了其他拓扑结构的解决方案，即负降压 - 升压和负升压。简而言之，LT8709是一款多功能控制器，使设计人员能够使用单个反馈电阻，两个同步MOSFET和一些无源元件生成各种负输入DC/DC转换器解决方案。

有关本文中讨论的同步降压控制器和稳压器的更多信息，请使用提供的链接访问Digi-Key网站上的产品页面。

参考

1. T8709数据表