【世说设计】如何产生双极性电源，负载可以同时使用正电压和负电压？

-12V电压轨用作第二通道的接地，控制器的接地引脚也连接到-12 V 电压轨。总的来说，这是一个降压转换器，其输入电压为-12 V和 VIN之间的差值。输出可调，相对于GND可正可负。请注意，相对于-12V电压轨，输出始终为正，其功率链路包括L1、Q1、Q4和 C_O1。反馈电阻分压器RB–RA设置最大输出电压。该分压器的值由输出电压控制电路调节，此电路可通过向RA注入电流来将输出调节至最小输出电压（负输出）。应用启动特性由RUN和TRACK/SS引脚的端接电阻设置。

两路输出均在强制连续导通模式下工作。在输出控制电路中，0μA 至200μA电流源 ICTRL在实验室测试时连接到负轨，但也可以GND为 基准。低通滤波器 RF1–CF 可降低快速输出瞬变。为了缩减转换器的成本和尺寸，使用相对便宜的极化电容形成输出滤波器。可选 二极管D1和D2用于防止这些电容上产生反向电压，尤其是在启动时。如果仅使用陶瓷电容，则不需要二极管。

转换器测试和评估

本解决方案基于LTC3892和评估套件DC1998A与DC2493A进行过测试和评估。该转换器在众多测试中表现良好，包括电压和负载调整、瞬态响应以及输出短路。图2显示了启动至6A负载、输出为+10V的情况。控制电流和输出电压之间的函数线性度如图3所示。随着控制电流从0μA增加到200μA，输出电压从+10V降至-10V。图4显示了效率曲线。

我们开发了该双极性、双端子电源的LTspice^®模型，以简化该方法的采用，允许设计人员分析和仿真上述电路，引入变化，查看波形，以及研究器件应力。

描述此拓扑的基本公式和表达式

这种方法基于设计的降压–升压部分产生的负电压轨 V_NEG。

其中， V_OUT 为最大输出电压的绝对值， Km 为0.1到0.3的系数。Km 限制 降压转换器的最小占空比。V_NEG 还设置 VIN的最小值：

其中 V_BUCK 为降压部分的输入电压，因而表示转换器半导体器件上的最大电压应力：

V_BUCK(MAX) 和 V_BUCK(MIN) 分别为该拓扑的降压部分的最大和最小电压。降压部分的最大和最小占空比以及电感电流可用以下表达式描述，其中 I_OUT为输出电流：

电源降压–升压部分的占空比：

降压部分的输入功率以及相应的降压–升压输出功率：

转换器功率和输入电流：

输出电压变化是通过将电流注入降压部分的反馈电阻分压器来实现的。图1的输出电压控制电路部分显示了如何设置输出电压控制。

如果给定 RB ，那么

其中 V_FB 为反馈引脚电压。

当电流源 ICTRL L将零电流注入 RA时, 降压转换器的输出电压是相对于负轨的最大正值 (V_BUCK(MAX)) 和相对于GND的最大输出电压 (+ V_OUT)。为了给负载产生负输出电压（相对于GND），须将∆I注入降压分压器的电阻RA，使输出电压降至相对于负输出电压(–VOUT)的最小值 V_BUCK(MIN)。

本文介绍了一种双极性、双端子电源设计。这里讨论的方法基于降压转换器拓扑结构，它是现代电源电子的主力技术，因此能以各种形式提供，从带外部器件的简单控制器到完整模块应有尽有。采用降压拓扑结构可以赋予设计人员灵活性，并且可以选择使用预认证器件，从而节省时间和成本。