设计成功的反向降压-升压转换器布局

LM5017降压转换器或稳压器集成电路（IC）可以从正VIN产生负VOUT在DC/DC转换器领域是常识。乍一看，使用降压稳压器IC的反向降压-升压转换器的电路图与降压转换器非常相似(图)1a和1c）。然而，无论是在电压和电流、切换电流还是布局上，两个电路都存在重大差异。

在之前的博文中，我讨论了VIN范围、VOUT范围及可用输出电流IOUT较大值的区别。布局的差异来自反向降压-虽然升压转换器与降压转换器之间的切换电流流路径的差异至关重要，但不易理解。

图1显示了降压转换器和反向降压-升压转换器开关并流的差异。降压转换器(图1a和1b）输入电路-包括输入电容CIN、高侧开关QH同步整流器QL，传导高di / dt切换电流。输出电路包括同步整流器QL、电感器L1和输出电容Cout，具有相对连续的电流。因此，尽管优化输入电流回路区域至关重要，但优化输出电流回路区域并不重要。

图1：降压转换器（a和b）与反向降压-升压转换器（c和d）中间切换电流

反向降压-升压转换器中的输入输出电流电路和降压转换器(图1c和1d）构成元素相同。输入电路中的元件包括输入电容CIN、控制FET QH同步整流器QL。输出电流回路中的元件包括同步整流器QL、滤波电感器L1及输出电容COUT。然而，反向降压-在升压转换器中，输入输出电流回路较高di/dt由于滤波电感器在切换子间隔之间切换电流CIN切换至COUT。

由于降压与反向原理图的相似性，经常忽略切换电流路径的差异，许多反向降压-升压设计和布局与降压转换器相同，只优化输入电流电路中的一小部分电路区域。降压到反向降压-升压的转换通常被用作重新连接VOUT接地引脚。然而，这种方法并没有考虑简单的降压和反向降压-不同电流的升压转换器(使用相同的稳压器)IC），会导致这些问题：

图1c和1d切换电流路径产生较大的寄生电感，在切换节点上产生较高的峰值，产生以下负面影响：

开关电流流过非优化电流回路产生更高的电磁干扰（EMI）和噪声。

反向降压-在升压配置中，MOSFET尖峰电压在|VIN VOUT|电压以上。

输出电容的切换电流高于降压转换器中相同的电感器电流（RMS）（热）值。输出电容器的间歇电流也会产生更高的输出纹波。因此，在选择电容器时，设计师必须考虑这些高纹波电流来满足需求VOUT纹波和IRMS额定电流要求。图2比较了降压和反向降压-电压转换器输出电容器的纹波电流。

图2：降压转换器（a和b）由于电感器总是与输出节点连接，因此输出滤波器的纹波电流很小。

由于流过输出电容电流的不连续性，反向降压-升压转换器（c和d）输出滤波电容器的纹波电流要高得多。

图3显示了如何优化反向降压-为了实现更低的升压功率级di/dt输入输出回路。使用图4100V同步降压稳压器LM5017的反向降压-升压功率级布局示例。

图 3:优化功率级元件，减少切换电流回路区域（a），确认电流电路（b）减少电流电路

图4：采用LM5017同步降压稳压器的反向降压-升压转换器布局示例

结论

设计师经常使用降压稳压器来创建反向降压-升压稳压器。但是，降压和反向降压-电压电路之间的切换电流存在重要差异。特别是设计师应注意输出滤波电容的选择和切换电流电路的布局，以获得较佳的可靠性和噪声性能。