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為什么需要電平轉(zhuǎn)換?

發(fā)布時(shí)間:2023-09-01 來源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】反相降壓-升壓電路產(chǎn)生的負(fù)電壓幅度可以高于或低于可用正電壓的幅度。例如,從+12 V可以生成-8 V,甚至-14 V。當(dāng)使用具有反相降壓-升壓電路的開關(guān)穩(wěn)壓器IC時(shí),系統(tǒng)可能需要設(shè)計(jì)通信引腳。如果確實(shí)需要,設(shè)計(jì)人員必須進(jìn)行充分的電平轉(zhuǎn)換,以便可以利用同步和使能信號(hào)。


問題:


為什么需要電平轉(zhuǎn)換?


答案:


反相降壓-升壓電路通常用于從正電壓產(chǎn)生負(fù)電源電壓。最重要的一步是確保正確產(chǎn)生負(fù)電壓。但是,如果電源由主應(yīng)用電路控制或監(jiān)控,則可能還需要電平轉(zhuǎn)換電路。該電路以地為基準(zhǔn),而反相降壓-升壓電源電路的GND引腳連接到所產(chǎn)生的負(fù)電壓。


簡(jiǎn)介


反相降壓-升壓電路產(chǎn)生的負(fù)電壓幅度可以高于或低于可用正電壓的幅度。例如,從+12 V可以生成-8 V,甚至-14 V。當(dāng)使用具有反相降壓-升壓電路的開關(guān)穩(wěn)壓器IC時(shí),系統(tǒng)可能需要設(shè)計(jì)通信引腳。如果確實(shí)需要,設(shè)計(jì)人員必須進(jìn)行充分的電平轉(zhuǎn)換,以便可以利用同步和使能信號(hào)。


設(shè)計(jì)電平轉(zhuǎn)換電路的注意事項(xiàng)

反相降壓-升壓拓?fù)涫腔鹃_關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)渲?,只需要一個(gè)電感、兩個(gè)電容和兩個(gè)MOSFET開關(guān)。其中的開關(guān)可由任意降壓穩(wěn)壓器或控制器驅(qū)動(dòng)。因此,可供使用的開關(guān)穩(wěn)壓器構(gòu)建模塊有很多。圖1顯示了具備所有必要元件的反相拓?fù)洹?/p>


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圖1.利用降壓開關(guān)穩(wěn)壓器生成負(fù)電壓的反相降壓-升壓拓?fù)?/p>


圖2顯示了帶有 ADP2386 降壓穩(wěn)壓器的降壓-升壓電路。如果反相電路使用了降壓穩(wěn)壓器IC,則該IC的接地連接需連接到生成負(fù)電壓的地方。降壓穩(wěn)壓器的原始輸出電壓連接到系統(tǒng)地。而因?yàn)檩敵鲭妷哼B接到系統(tǒng)地,所以反相拓?fù)渲薪祲悍€(wěn)壓器自身的地以生成的負(fù)電壓為基準(zhǔn)。IC的基準(zhǔn)電壓地(圖2中的GND)未連接到系統(tǒng)地。因此,這兩個(gè)地的電位不同。開關(guān)穩(wěn)壓器IC接地將成為所生成的負(fù)電壓。開關(guān)穩(wěn)壓器IC上的所有引腳現(xiàn)在都以所生成的負(fù)電壓為基準(zhǔn),而不是以系統(tǒng)地為基準(zhǔn)。因此,從系統(tǒng)到IC或從IC到系統(tǒng)的通信線路和連接需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,以保障安全通信并防止損壞。通常,相關(guān)信號(hào)為SYNC、PGOOD、TRACKING、MODE、EN、UVLO和RESET。圖2顯示了電平轉(zhuǎn)換電路的一個(gè)示例,使用了兩個(gè)雙極性晶體管和七個(gè)電阻(藍(lán)色)來產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)。該電路需占用一定的空間,并且增加了電路的復(fù)雜性和成本。前面提到的所有信號(hào)均必須單獨(dú)部署這種電平轉(zhuǎn)換器。當(dāng)開關(guān)穩(wěn)壓器IC使用了電源管理總線(PMBus?)等數(shù)字總線時(shí),情況將更為復(fù)雜。此時(shí),整個(gè)總線連接必須采用電平轉(zhuǎn)換或電氣隔離才能運(yùn)行。


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圖2.外部電平轉(zhuǎn)換器用于為開關(guān)穩(wěn)壓器IC供電,使用外部時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)同步


專為反相電壓設(shè)計(jì)的開關(guān)穩(wěn)壓器IC免去了對(duì)這種外部電路的使用需求。ADI公司根據(jù)降壓穩(wěn)壓器IC設(shè)計(jì)了一系列開關(guān)穩(wěn)壓器IC,旨在為系統(tǒng)(即整個(gè)電子電路)和反相開關(guān)穩(wěn)壓器IC之間的通信提供便利。電路不需要使用如圖2所示的外部電平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。


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圖3.MAX17579設(shè)計(jì)為反相降壓-升壓穩(wěn)壓器,其中已集成電平轉(zhuǎn)換功能


圖3所示為 MAX17579 開關(guān)穩(wěn)壓器IC,可以從正電壓產(chǎn)生負(fù)電壓。顯而易見的是,圖3所示電路比圖2要緊湊得多。


LTspice? 或EE-SIM?設(shè)計(jì)與評(píng)估環(huán)境等仿真工具,可以幫助用戶更好地了解反相拓?fù)渲械姆€(wěn)壓行為和潛在的電位差。這些工具還可以用來設(shè)計(jì)和優(yōu)化電平轉(zhuǎn)換電路。MAX17579之類的IC也可以利用 EE-SIM設(shè)計(jì)工具 輕松實(shí)現(xiàn)仿真。



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