【導讀】本文將深入探討兩種基于主流開關穩壓器架構改造而成的無變壓器電壓反相方案，它們通過巧妙的拓撲重構，分別將降壓型（Buck）穩壓器改造為負壓輸出，以及將升壓型（Boost）轉換器重塑為正壓輸出，為應對上述挑戰提供了高效且易于實現的工程路徑。
摘要
本文將深入探討兩種基于主流開關穩壓器架構改造而成的無變壓器電壓反相方案，它們通過巧妙的拓撲重構，分別將降壓型（Buck）穩壓器改造為負壓輸出，以及將升壓型（Boost）轉換器重塑為正壓輸出，為應對上述挑戰提供了高效且易于實現的工程路徑。
引言
電源轉換器常用于從現有電壓軌為電路生成穩定的電源電壓。在大多數應用中，電壓通過降壓轉換開關穩壓器降低。但有時候，電壓需要升高，而這通常利用升壓型轉換器實現。降壓和升壓這兩種拓撲結構應用于許多領域。
然而，有時電壓需要反相。在大多數情況下，需要將正電源電壓轉換為負電壓。這是為了給信號路徑中的傳感器供電，使其能夠處理具有正負電壓偏轉的信號。例如，+5V和-5V用作運算放大器的電源，以處理信號電壓。某些應用需要負電壓來安全關斷MOSFET的柵極。要從現有正電壓產生負電壓，圖1所示的反相拓撲是合適的方案。其中，正電壓被轉換為負電壓。這種電路結構簡單，不需要變壓器，可以利用標準降壓型開關穩壓器IC構建。降壓型穩壓器的輸出電壓連接至系統接地端，GND引腳電壓產生負電壓，該負電壓可通過電阻分壓器Rfb1和Rfb2進行調節。
圖1.從正電壓產生負電壓的開關電源轉換器
除了這種應用之外，有時還需要將負電壓轉換為正電壓。一種常見應用是在電信領域，其中必須將-48 V轉換為+48 V。此外，在工業領域也有應用。針對這一需求，確實存在一種不需要變壓器的高效解決方案。圖2展示了一種反相升壓轉換器，它能從負電壓產生正電壓。它需要的不是降壓型穩壓器，而是升壓型穩壓器IC。電源電平必須以適當的方式設計，使得開關的相應體二極管沿正確的方向導通。
圖2.從負電壓產生正電壓的開關電源轉換器
為了高效地將負電壓轉換為正電壓并實現多種特性，需要額外的元器件。例如，不同的設置引腳需要電平轉換，以實現軟啟動或時鐘同步等功能。這些引腳上允許的電壓范圍取決于開關穩壓器IC的GND引腳，即負輸入電壓。
圖3.LTC7899電路的LTspice電路圖
為了在較高功率下也能實現平穩的切換，可以使用專用開關穩壓器IC來有效完成從負電壓到正電壓的轉換。LTC7899就是這樣的IC。它是一款開關電源升壓轉換器控制器，專為將負電壓轉換為正電壓而設計。它使用外部開關，而且同步工作，并在輸入和輸出之間提供高達135 V的極寬電壓范圍。圖3顯示了仿真程序LTspice?中的LTC7899反相電路實現方案，用戶可借助該軟件對電路進行仿真分析。
結語
綜上所述，通過合理改造降壓型或升壓型DC-DC轉換器的基本拓撲，工程師能夠利用成熟、高效的開關電源技術，簡潔地滿足系統對負電壓或正電壓的生成需求。不過，若要打造出性能卓越、操作便捷的電路，選用像LTC7899這類特殊的開關控制器，無疑是一個明智且合適的選擇，能為電源管理帶來更高效、穩定的體驗。
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