BUCKBOOST负压变换器基本结构

原创 松哥电源 2024-03-01 18:23

在一些电子系统中,如电子秤、气体监测仪等测量仪器,内部的仪用运算放大器需要+12V/-12V、+5V/-5V双电源供电,而输入电源电压只有正电压,系统需要从正输入电源电压得到负输出电压,这时候,就可以用到结构最简单的一种负压变换器:BUCKBOOST压变换器。

电感基本特性是内部产生感应电压总是阻止电感电流的变化(趋势),试图维持电流原来的大小,即电感电流不能突变。当电感电流增大时,感应电压和电流方向相反;当电感电流减小时,感应电压和电流方向相同。

电感这种特性如同一个独立电源如果电感激磁一段时间,然后断开激磁电压,电感两端产生感应电压,此时,把电感感应电压的正端连接到地,负端连接到输出端给负载供电,输出就可以得到负电压。

1中电路,开关K1、K2闭合,输入电压源Vin给电感L激磁,电感储存能量。当电感激磁一段时间后,K1、K2断开,电感和激磁电压断开,电感电流不能突变,要维持原来大小和方向,产生感应电压uL方向为上负下正(感应电压对应电流方向和原来电流方向相同)。

此时,如果把电感下边(感应电压正端)连接到电源地,电感上边(感应电压负端)连接到输出端,即开关K2、K3闭合,输入电压和输出电压共地,电感的感应电压以相反极性连接到输出端,从而实现负输出电压。

(a) 电感激磁

 (b) 断开电感激磁回路

(c) 电感感应电压反向连接到输出

(d) 开关替换

图1  电感产生负压

在电感激磁储存能量以及电感以相反极性连接到输出时,开关K2都要闭合,因此,可以去掉K2,直接用导线连接电感下边和电源地。

K1开通时,K3所在支路没有电流流过;K1关断后,K3所在支路电流只能从右向左流过,因此,K3所在支路是一个只能单向、从右向左流过电流的回路。二极管能够控制电流的单向流过,把开关K3换成二极管D,二极管方向必须和电流方向一致同时,把K1换成功率MOSFET管,这种电路组成基本BUCKBOOST负压变换器。

如果把二极管D更换为功率MOSFET管,两个开关管相位错开、依次开关工作,就组成同步BUCKBOOST负压变换器。

图2  基本BUCKBOOST负压变换器

要负压,就反加,电感的感应电压以相反极性加到输出电压,因此,电感必须连接在中间位置,才能既可以从输入激磁、又可以反极性加到输出,这是负压BUCKBOOST变换器电路连接的主要特点。

另外,基于同样反向连接原理,使用电容电荷泵,同样可以得到负输出电压。

待续:负压BUCKBOOST变换器基本工作原理

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