基于降壓（Buck，降壓型）轉(zhuǎn)換器原理的開(kāi)關(guān)電源（SMPS）在各類(lèi)電子設(shè)備中被廣泛使用。這類(lèi)轉(zhuǎn)換器不需要變壓器，只需一個(gè)簡(jiǎn)單電感即可高效地將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓。

這類(lèi)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用廣泛且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，典型應(yīng)用場(chǎng)景為輸入電壓最高 60 V、輸出電壓最高 12 V。

但當(dāng)輸入電壓或目標(biāo)輸出電壓更高時(shí)，適用的轉(zhuǎn)換器集成電路往往非常有限。

當(dāng)然，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器也可以在更高電壓下實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，只是這類(lèi)方案通常采用基于變壓器的拓?fù)洌绶醇な剑╢lyback）或正激式（forward），需要體積大、成本高的變壓器。

圖 1 中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管 S1 和 S2 主要決定了轉(zhuǎn)換器可支持的最大輸入電壓范圍。同時(shí)，電壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)器也必須能夠產(chǎn)生 S1 所需的高柵極驅(qū)動(dòng)電壓 —— 該電壓等于最大輸入電壓 + MOSFET 閾值電壓。因此，除了 MOSFET，電壓轉(zhuǎn)換芯片也必須按此電壓等級(jí)進(jìn)行選型。

1. 無(wú)變壓器降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖 2 所示為 LTC7897 控制器芯片，該器件專(zhuān)為最高 135 V 工作電壓設(shè)計(jì)（絕對(duì)最大額定值 140 V）。使用該芯片時(shí)，輸出電壓也可以很高，最高可達(dá) 135 V，只要低于輸入電壓即可。

2. LTC7897 降壓控制器（簡(jiǎn)化電路），允許最高 135 V 工作電壓。

利用這款高壓降壓控制器，可以實(shí)現(xiàn) 100 V 轉(zhuǎn) 12 V 的電壓轉(zhuǎn)換。由于設(shè)計(jì)采用分立開(kāi)關(guān)管，可選用支持大電流的 MOSFET。例如，圖 2 電路可在 12 V 輸出下提供 20 A 負(fù)載電流。

反相降壓 - 降壓拓?fù)洌↖nverting Buck?Buck）

除了圖 2 這種高壓轉(zhuǎn)低壓的電壓轉(zhuǎn)換場(chǎng)景，還有一種常見(jiàn)需求：系統(tǒng)中只有高正電壓，但需要生成負(fù)電壓。一種可行的拓?fù)渚褪欠聪嘟Y(jié)構(gòu)的降壓 - 降壓控制器。該電路同樣不需要變壓器，只需一個(gè)簡(jiǎn)單電感，就能從正輸入電壓生成負(fù)輸出電壓。

反相降壓 - 升壓拓?fù)湟箅妷恨D(zhuǎn)換器具備特殊的高壓耐受能力，因?yàn)榉€(wěn)壓器必須至少能承受 輸入電壓 + 負(fù)輸出電壓的絕對(duì)值。例如：輸入 48 V、需要輸出 –65 V 時(shí)，開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的電壓額定值至少要達(dá)到 113 V。因此，高耐壓開(kāi)關(guān)電源特別適合用于生成高負(fù)壓。

圖 3 展示了采用 LTC7897 構(gòu)成的反相拓?fù)洌蓪?48 V 輸入轉(zhuǎn)換為 –65 V 輸出。

3. 對(duì)高壓耐受能力要求極高的反相拓?fù)洌ê?jiǎn)化電路）。

結(jié)論

在高壓條件下運(yùn)行開(kāi)關(guān)電源（SMPS），并非必須選用基于變壓器的拓?fù)洹?/p>

借助合適的功率轉(zhuǎn)換芯片（如 LTC7897），許多應(yīng)用可以不使用復(fù)雜且昂貴的變壓器即可實(shí)現(xiàn)。