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巧用降压芯片生成负电压及Vishay功率IC产品介绍
来源:Arrow 发布:2023/08/30 浏览量:592

电子电路中负电压需求有几种,一种是隔离式的负电压,在电力、通讯等对抗干扰性能要求较高的场合,需要隔离前端电源输入的干扰,这个时候可以基于变压器添加绕组来产生负电压,或者也可以采用隔离式的电源模块输出负电压给系统供电。另一种是非隔离式的负电压,通过正输入电压,使用Charge Pump, Buck-Boost, Buck, Sepic 等拓扑结构电压芯片等来产生负电源。

本文介绍基于Vishay SiP12109 COT BUCK拓扑的同步降压转换器产生负电压, 通过简单修改电路的参考节点,内部低端 MOSFET 产生电流斜坡反馈,无需补偿,外部组件仅需功率电感、输入电容去耦和自举电容器远比线性调节器的效率更高,原理如下图所示。

图片图1 a) 同步降压  b) 负输出降压

图片图2 负输出降压拓扑结构

电路的控制与标准降压转换器的控制是相同的,但是感应器从VOUT 到 0V 的节点连接变化上存在着关键的差异,导致电路电流的改变,随之会产生负输出电压,芯片输出的 0V 现在变成负输出电压。         

图片图3 - 图2的节点波形模拟

上图MOSFET 驱动器波形可以参见图 3,它与标准降压转换器类似,LX 电压波形范围介于 -3.3V 到 +12V 之间, IM1和IM2电流波形对应的是M1和M2分别导通时的电流波形。         
 

图片图4 参考原理图

图4为参考原理图,整体设计技术规格如下所示:VIN = 12V,VOUT = -3.3V,Fsw= 600khz,Iout = 3A,Vripple = 150mV,Vin_ripple = 100mV。
 

图片图5 测试条件下的效率测量

可见,对于需要负电源而且系统中只有正电源输入时,Vishay的同步降压调节器可以提供简单和高效的方法,效率能超过 90%。
 
Vishay 同步降压电源芯片有一系列产品组合,分为 DrMOS、microBUCK、microBRICK 三个系列,对应不同的组件集成组合,如下图所示。

图片图6 Power IC集成示意图

红框所示DrMOS系列是将栅极驱动器和MOSFET工艺集成在一起,蓝框 microBUCK系列在DrMOS基础上优化集成了PWM 控制器,而绿框microBRICK系列则是在microBUCK 基础上进一步集成了外围的电感器件,极大缩小了外围器件数量。

图片图7 Vishay DrMOS 功率级产品路线图

图片图8  microBuck和microBRICK最新产品路线图

最新的DrMOS 采用了第 4 代/第 4.5 代的 MOSFET 工艺,与上一代的 DrMOS 器件相比,DrMOS 效率提升了 3%,工作温度减低超过 50℃,而占板面积却压缩了 33%,提升了整体的功率密度效益。microBUCK可以支持 4.5V~60V很宽的输入电压范围,支持单相最高输出电流达 40A应用,在效率方面也很出色,在峰值功率时的效率高达 98.5%。microBRICK模块巧妙地利用了电感固有的特性,通过创新的3D 封装绝招,使电感成为优化高功率密度模块散热性能的,消除了 PCB 电感器与开关节点之间的互连电阻,减少了总损耗,保持了高效率的优势,使设计人员可以扩展以实现成本和性能的最佳组合。

 

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