降壓（“降壓”）開關電壓轉(zhuǎn)換器（或穩(wěn)壓器）是電池供電產(chǎn)品的常用產(chǎn)品，因為它們在寬電壓和負載范圍內(nèi)都很有效，并且相對簡單。但是，當電池電壓低于所需輸出時，調(diào)節(jié)器停止運行。這在便攜式設計中可能是一個缺點，因為在電源“掉出”之后，電池中通常會留下一些未使用的容量，否則這些容量可能會用于延長運行時間。

解決未使用電池容量的常用解決方案是降壓/升壓（“降壓/升壓”）開關穩(wěn)壓器或替代拓撲結(jié)構(gòu)，如單端初級電感轉(zhuǎn)換器（SEPIC）。一旦電池輸出低于所需的電源輸出，這些類型的電源會自動切換到升壓配置。但降壓/升壓器件相對昂貴，電路更復雜，電源占用更大的電路板空間。

然而，開關電源的選擇較少，可以最大化電池容量在便攜式產(chǎn)品中，簡單且便宜：開關逆變調(diào)節(jié)器。這些通常用于將正輸入電壓轉(zhuǎn)換為（較低）負輸出，但也可用于將變化的正輸入轉(zhuǎn)換為較低或較高的負輸出。

本文介紹了開關反相穩(wěn)壓器及其應用，然后引導描述使用該器件調(diào)節(jié)變化的輸入電壓的拓撲結(jié)構(gòu)，作為傳統(tǒng)降壓/升壓穩(wěn)壓器的替代方案。

反相調(diào)節(jié)器的剖析

圖1顯示了開關反相調(diào)節(jié)器的簡化原理圖。調(diào)節(jié)器包括脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，其驅(qū)動連接到電感器的金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）。當存儲MOSFET關閉時，電感充當儲能器。

圖1：開關反相電壓調(diào)節(jié)器的簡化原理圖。 （由Linear Technology提供）

圖2（a）和2（b）顯示了等效電路，說明了圖1所示電路工作期間發(fā)生的情況。當晶體管（Q）導通時（圖如圖2（a）所示，二極管（D）反向偏置，電感器（L）中的電流增加。當Q關閉時（圖2（b）），L改變極性，D變?yōu)檎蚱茫娏鲝腖流向負載和電容器（C）。相對于系統(tǒng)地，C和負載兩端的電壓為負。圖3顯示了電路的時序圖。

圖2（a）左側(cè)和2（b）：說明a的操作的等效電路開關反相調(diào)節(jié)器。 （由Linear Technology提供）

圖3：開關反相穩(wěn)壓器的時序圖。 （由Linear Technology提供）

降壓/升壓應用中的逆變器

開關逆變穩(wěn)壓器受工程師歡迎，包括雙倍應用其中包括傳感器和音頻放大器。然而，今天的高壓同步反相穩(wěn)壓器正在尋找第二種應用，作為降壓/升壓操作的傳統(tǒng)降壓/升壓，SEPIC和反激拓撲的替代方案。

可以使用反相穩(wěn)壓器將（有時是廣泛的）變化的正輸入轉(zhuǎn)換為更低或更高的負輸出 - 提供更簡單（通常僅使用單個電感器）和更成熟的降壓/升壓電源設計的替代品。

有多種DC-DC開關控制器可供選擇，在這些控制器上可以使用反相電壓調(diào)節(jié)器電路。例如，圖4顯示了凌力爾特公司LTC3863在典型降壓/升壓應用中反相DC-DC控制器。 LTC3863針對汽車和工業(yè)應用進行了優(yōu)化。該芯片驅(qū)動P溝道功率MOSFET產(chǎn)生負輸出，只需一個電感即可完成電路。輸出電壓范圍為-0.4至-150 V，較高的電壓僅受外部元件額定值的限制。 LTC3863具有出色的輕載效率，僅消耗70μA的靜態(tài)電流。開關頻率可設置為50至850 kHz。

當用作P溝道MOSFET加電感器和二極管（以及支持無源器件）的控制器時，LTC3863支持反相穩(wěn)壓器拓撲結(jié)構(gòu)，具有傳統(tǒng)降壓/升壓拓撲調(diào)節(jié)范圍的降壓轉(zhuǎn)換器的簡單性。在這種配置中，電路從4.5到55V的輸入電壓（開關頻率為320kHz）提供最大電流為1.8A的-5V輸出電壓。

圖4：LTC3863基于DC-DC開關控制器的反相電源示例設計。 （由Linear Technology提供）

整個轉(zhuǎn)換器電源路徑包含LTC3863，MOSFET Q1，電感L1，二極管D1和輸出濾波電容COUT1和COUT3。

德州儀器（TI）的TPS5430作為傳統(tǒng)電源拓撲的降壓控制器而推廣，也可以配置為反相降壓/升壓設計的基礎。該芯片集成了MOSFET開關元件。工作頻率為500 kHz，器件可接受-0.3至40 V的寬輸入電壓范圍，在高達3 A（連續(xù)）或4 A（峰值）電流時提供1.2至31 V輸出，效率高達95％。

就其本身而言，Maxim提供MAX765開關反相穩(wěn)壓器，可用于降壓/升壓拓撲。器件的輸入電壓范圍為3至16 V，輸出電壓預設為-12 V（但也可使用兩個外部電阻在-1 V至-16 V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)）。最大工作電壓（VIN - VOUT）差分為20 V.

總之，開關反相穩(wěn)壓器可以比傳統(tǒng)的降壓/升壓器件更簡單，更便宜的降壓/升壓操作選項。在這種類型的應用中使用開關反相穩(wěn)壓器的缺點是輸出電壓為負。但是，反轉(zhuǎn)電路的極性很簡單;該電路可以設計成使負輸出設置為系統(tǒng)接地，負電池端子然后成為“正”電壓源。器件輸入端的有效電壓為VIN - VOUT 2 。