4-амперный инвертирующий преобразователь работает при входном напряжении до 50 В

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2017

Введение

DC/DC преобразование положительного напряжения в отрицательное широко используется в устройствах с ЖК индикаторами, OLED дисплеях, аудио усилителях, промышленном оборудовании, драйверах светодиодов и в зарядных устройствах для аккумуляторов. Во всех этих случаях инвертирующий преобразователь должен быть компактным, отдавать большую мощность и поддерживать расширенный диапазон входных напряжений. Всем этим требованиям в полной мере отвечает микросхема LTC7149. В ней интегрированы 4-амперные ключи и входной каскад с широким диапазоном напряжений от 3.4 В до 60 В, превышающим требования большинства самых критичных приложений, включая автомобильные.

Описание схемы

На Рисунке 1 изображена схема преобразователя положительного напряжения в отрицательное, основанная на микросхеме LTC7149. При входном напряжении 12 В, например, в случае подключения к бортовой сети автомобиля, эта схема отдает в нагрузку ток 2 А при напряжении –10 В. Компоненты силовой цепи выбирались исходя из номинального входного напряжение 12 В, однако при соответствующем перерасчете это напряжение можно уменьшить до 4 В или увеличить до 50 В.

Рисунок 1.	Преобразователь положительного напряжения в отрицательное на основе микросхемы LTC7149. (VIN: 4 В … 50 В, VOUT–: –10 В/2 А).

Способность LTC7149 работать при столь высоких входных напряжениях позволяет в автомобильных приложениях отказаться от дорогих ограничителей напряжения. Очень низкое минимальное входное напряжение дает гарантию, что работоспособность чувствительных систем сохранится даже при запуске непрогретого двигателя. Детальные указания по расчетам предельных напряжений и токов компонентов, окружающих LTC7149, даны в техническом описании микросхемы. В качестве примера на Рисунке 2 приведена зависимость, позволяющая оценить величины максимально допустимых токов нагрузки при входных напряжениях ниже 12 В.

Рисунок 2.	Зависимость максимально допустимого тока нагрузки от входного напряжения для схемы на Рисунке 1.

В схеме на Рисунке 1 используется внешняя цепь частотной компенсации петли ОС. Соединением выводов ITH и INTV_CC, как это показано на Рисунке 3, включаются внутренние цепи коррекции. Подключение к шине GND вывода MODE/SYNC активизирует работу в пульсирующем режиме. КПД схемы достигает 94%.

Рисунок 3.	Преобразователь положительного напряжения в отрицательное с регулировкой VOUT– в диапазоне от –5 В до –10 В.

Схема источника отрицательного напряжения, управляемая положительным напряжением

Есть немало приложений, включающих ЖК и OLED мониторы и измерительное оборудование, где отрицательное напряжение смещения необходимо менять в процессе работы. Функции, заложенные в LTC7149, упрощают эту задачу.

На Рисунке 3 изображен источник отрицательного напряжения, в котором уровень выхода устанавливается положительным напряжением на входе управления. Положительное относительно шины GND управляющее напряжение подается на вывод V_OUTSNS. На Рисунке 3 это напряжение, обозначенное как V_CTRL, может изменяться в диапазоне от 0 В до 5 В. Результирующее отрицательное выходное напряжение V_OUT– определяется формулой:

V_OUT– = –50 мкА • R_SET + V_CTRL.

Фильтр нижних частот R_F/C_F обеспечивает подавление шумов. Вход V_OUTSNS нельзя оставлять неподключенным ни при каких условиях – на этом выводе всегда должен присутствовать некоторый потенциал. Если по какой-то причине, например, во время испытаний системы, выполнение этого требования невозможно, необходимо установить резистор R_P.

Рисунок 4.	Линейная зависимость отрицательного выходного напряжения VOUT– от управляющего напряжения VCTRL.

На Рисунке 4 показана зависимость выходного напряжения V_OUT– от напряжения V_CTRL. Рисунок 5 иллюстрирует широкие возможности применения данного подхода на примере синусоидального управляющего напряжения V_CTRL с амплитудой 2.5 В.

Рисунок 5.	Отрицательное выходное напряжение VOUT– повторяет синусоидальную форму управляющего напряжения VCTRL.

Заключение

LTC7149 – это 50-вольтовый 4-амперный монолитный синхронный регулятор для источников питания с отрицательным напряжением. Широкие диапазоны входных и выходных напряжений сочетаются в нем с наличием встроенных силовых транзисторов, упрощающих конструкцию преобразователей. Обсуждавшиеся в этой статье решения и схемы могут помочь в использовании регулятора в схемах автомобильных и промышленных приложений, а также в дисплеях и системах наблюдения.

Материалы по теме