浅谈负输出DC-DC稳压器(第二部分):传统负电压供电系统的弊端

上节我们介绍了: 浅谈负输出DC-DC稳压器(第一部分):典型的正负电压供电系统

本文来讲一讲:传统负电压供电系统的弊端

传统负电压供电系统的两个弊端:设计复杂,效率不高。传统负电压供电系统为了正负电压的匹配,往往不得不增加额外的电路,从而增加设计的复杂度。对于上面介绍的负电压供电系统,我们需要增加两个电平移位电路,才能使得正负电压匹配。

1. 电平移位电路(从控制器(ON)引脚到DC-DC稳压器使能引脚)

为了是使启动信号命令有效地从控制器(ON)引脚传导到DC-DC稳压器使能(EN)引脚。一般我们需要如下图9个部件组成的电平移位电路,来实现两个芯片之间的正常通信。

图1:电平移位电路(DC-DC稳压器使能引脚(EN))

当控制器开关引脚(ON)为高电平时,Q1导通,从而使Q2导通并驱动DC-DC稳压器使能引脚(EN)高电平,以启用DC-DC稳压器。
当控制器开关引脚(ON)为低电平时,Q1和Q2均关闭,DC-DC稳压器使能引脚(EN)低电平,从而禁用DC-DC稳压器。

2. 电平移位电路(从DC-DC稳压器状态引脚到控制器复位引脚)

为了是使信号有效地从DC-DC稳压器状态引脚(PGOOD)传导到控制器复位引脚(RESET(____________)),可以使用到以下电平移位电路,来实现两个芯片之间的正常通信。


图2:电平移位电路(控制器复位引脚(RESET(____________)))

当DC-DC稳压器状态引脚(PGOOD)为高电平时,Q3导通,从而使Q4导通并驱动控制器复位引脚(RESET(____________)),从而使控制器重启。

这两个电平移位电路需要18个外部组件,如果是对设计空间有限的应用来说,比较占PCB面积。除此之外,传统负电压DC-DC转换效率可能比较差。

3. 传统负电压DC-DC转换效率

下面是一个传统的非同步双电感逆变输出DC-DC稳压器示意图。


图3:非同步双电感逆变输出DC-DC稳压器示意图

这种拓扑结构面临两个效率低下的问题。首先,它采用非同步切换,其中输出整流二极管D1比同步解决方案消耗更多功率。其次,它有一个额外的功率电感L1和一个额外的电容器C1,这也会消耗更多的功率。

下图显示了该稳压器的效率曲线:

图4:非同步双电感逆变输出DC-DC稳压器的效率

在输入12V和输出-15V下测量。当输出电流150mA时,其峰值效率仅为83%,功率耗散约460mW。

对于传统负电压供电系统的两个弊端:设计复杂,效率不高。有没有什么好的解决办法吗?请看下面帖子:
浅谈负输出DC-DC稳压器(第三部分):基于ADI芯片的负输出DC-DC解决方案