从负输入电压-Vin得到正输出电压Vo,主要有二种方案:
1、使用反激变换器,这种方案需要变压器,体积大,元件多,结构复杂。2、把负输入电压端-Vin接到控制器的参考地,系统的输入电压相当于正电压Vin,输出电压相对于-Vin为正电压Vin+Vo,这样就可以使用结构更加简单的BOOST变换器,直接进行升压,把如图1所示。图1 BOOST升压变换器
例如:输入电压为-48V,输出为5V,BOOST变换器将输入48V升到53V,就可以在输出端得到5V正电压。
从系统调节反馈原理,电阻R2跨接在参考电压Vref和芯片参考地之间,其两端电压固定为Vref,电流恒定为Vref/R1;忽略Vref管脚的偏置电流,电阻R1和电阻R2的电流必须相等:
因此,相对于-Vin的参考地,变换器总输出电压为:
若控制器的Vref=2.5V,输入电压为-48V,输出为5V,基于这个条件,R1和R2选定后, Vin+Vo的值固定为53V不变。由于输入电压有一定变化范围,当输入电压变化时,例如,输入电压变为-40V,Vo增加到13V。
对于不同输入电压-Vin,Vo发生改变,并不能够维持稳定,因此,不满足设计要求。
出现问题的根本原因在于变换器反馈调节时,保持输出电压Vo相对于参考地-Vin 的电压之和Vin+Vo为恒定值,参考地-Vin会发生变化,因此,Vo也会随之发生改变。
电阻R2两端电压为Vref,恒定不变;输入电压-Vin发生变化时,电阻R1两端电压就会发生改变,不管输入电压如何变化,流过电阻R1和R2二者电流保持相等。
如果想办法让电阻R1和电阻R2的电流相等,同时,电阻R1的上端还是连接到Vo,另一端(下端)连接到某一个固定电压,这样,通过电阻R1,输出电压Vo相对的参考点是固定电压,即使输入电压发生变化,Vo也会保持稳定。系统中只有输入电源地GND为固定电压,因此,可以将电阻R1的下端连接到输入电源地。
为了实现上述条件,首先,必须将电阻R1和电阻R2的连接点分开、隔离,同时,要保证它们的电流相等。三极管集电极与发射极电流相等,集电极和发射极分别在不同回路,正好满足这个要求,如图2所示。
图2 电阻R1和电阻R2的连接点分开
此外,使用PNP型三极管,基极连接到输入电源地,那么,输出电压Vo通过电阻R1、发射结,连接到电压固定的参考点(输入电源地),当输入电压发生变化时,系统调节可以保持输出电压Vo的稳定,如图3所示。
图3 反馈电阻连接
系统工作时:
得到:
在公式右边,所有参数都是恒定值,因此,Vo维持恒定。