很多工業(yè)系統(tǒng)中常需要負(fù)電源供電，如雙電源運(yùn)算放大器、超聲波掃描儀和自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備等。本文主要介紹如何通過(guò)同步Buck 變換器LMR54406實(shí)現(xiàn)可調(diào)負(fù)電壓輸出，該方案具有外圍電路少，成本優(yōu)等特點(diǎn)。
LMR54406是一款易用的同步Buck變換器，輸入電壓范圍4V~36V，連續(xù)輸出電流0.6A，非常適用于有寬壓需求的工業(yè)應(yīng)用。同時(shí)，其開(kāi)關(guān)頻率為1.1MHz，可以選用更小尺寸的電感；內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)、補(bǔ)償電路、過(guò)流保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)，大大節(jié)省方案體積。
如圖1所示，通過(guò)將原有Buck的正輸出端接到系統(tǒng)GND；將原有Buck的GND pin作為反向電壓輸出端；正電源輸入端加入一個(gè)對(duì)系統(tǒng)GND的輸入電容CBUCK，即可將現(xiàn)有的LMR54406由同步Buck變換器轉(zhuǎn)變?yōu)镮nverting Buck-boost （IBB），提供負(fù)電壓輸出。

圖1 Buck變換器演變?yōu)榉聪駼uck-boost變換器

下面著重介紹IBB電路的運(yùn)行原理和電壓電流應(yīng)力。在LMR54406內(nèi)部FET上管導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓VIN給電感充電；在內(nèi)部下管導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓VOUT給電感放電，由伏秒平衡可得，輸入輸出的關(guān)系為：

（1）
其中，D為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通占空比，為效率。
電感的平均電流、紋波電流、峰值電流和谷值電流分別為：

（2）

（3）

（4）

（5）
VIN pin和SW pin的電壓應(yīng)力為：

（6）
輸出電容需要根據(jù)輸出電壓紋波要求選定：

（7）
基于以上分析可知，IBB電路的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力會(huì)比Buck電路更高。表1為器件選型時(shí)需要考慮的主要參數(shù)。
表1 IBB變換器主要參數(shù)要求

在一些系統(tǒng)中，常需要負(fù)電壓動(dòng)態(tài)可調(diào)功能，下面介紹實(shí)現(xiàn)負(fù)電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的三種方式。
種調(diào)壓方式為在FB pin加入一個(gè)外部參考電壓VDAC，通過(guò)調(diào)節(jié)外部參考電壓來(lái)調(diào)節(jié)IBB輸出負(fù)電壓范圍。

圖2 負(fù)電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方式1-電壓型

如圖2所示，此時(shí)輸出電壓為：

（8）
外部參考電壓VDAC可以選用一些帶電壓輸出Buffer的DAC來(lái)實(shí)現(xiàn)。
下面為用 PSPISE for TI的驗(yàn)證驗(yàn)證。仿真參數(shù)如表2所示。
表2 負(fù)電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方式1仿真參數(shù)

仿真結(jié)果如圖3所示，紅線為VDAC，綠線為輸出VOUT，輸出電壓可以很好的跟蹤外部參考電壓VDAC。

圖3 仿真結(jié)果

同理，第二種調(diào)壓方式可以通過(guò)在FB 加入外部參考電流源IDAC來(lái)實(shí)現(xiàn)；也可以將電阻R1替換為數(shù)字電位器，通過(guò)調(diào)節(jié)R1阻值，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。實(shí)現(xiàn)方式如圖4和圖5所示，不再贅述。

圖4 負(fù)電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方式2-電流型

圖5 負(fù)電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方式3-電阻型

本文介紹了一種基于LMR54406通過(guò)IBB拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)負(fù)輸出電壓的方案，以及電壓型、電流型和電阻型3種動(dòng)態(tài)調(diào)壓方法。具有易于實(shí)現(xiàn)，外圍器件少，節(jié)省成本等優(yōu)勢(shì)，該方案也適用于其他大部分Buck變換器和控制器。