Buck 芯片能否产生负压及电路拓扑转换策略

出处:网络 发布于:2026-08-13 16:15:18 | 288 次阅读

在电子电路的设计与应用中,常常会遇到一些特殊的需求,比如某些运算放大器需要正负压同时供电。在这种情况下,将正压转换为负压的任务往往就交给了电源芯片。那么问题来了,Buck 芯片是否能够产生负压呢?这一问题在实际的电路设计工作中颇具探讨价值,接下来我们将深入分析。开关电源有三种基本拓扑结构,分别是 Buck(降压)、Boost(升压)和 Buck - Boost(升降压)。它们的输入输出关系分别如下:Buck 电路:Vo/Vin=D,其中Vo是输出电压,Vin是输入电压,D是占空比。这表明 Buck 电路的输出电压是输入电压与占空比的乘积,通常用于将较高的输入电压降低为较低的输出电压。Boost 电路:Vo/Vin=1/(1?D),其输出电压会随着占空比的增大而升高,主要用于将较低的输入电压升高为较高的输出电压。Buck - Boost 电路:?Vo/Vin=D/(1?D),从这个公式可以看出,输出电压与输入电压不仅存在大小关系,而且存在负号,意味着它能够实现正压到负压的转换。

三种电路中,仅 Buck - Boost 拓扑可以直接将正压转换为负压。下面我们先来详细分析为什么 Buck 电路不能直接输出负压。

假设 Buck 电路可以直接输出负压,即输出电压变为?Vo。当开关管导通时,电感两端的电压呈现左正右负的状态;当开关管关断时,由于电感的感应特性,其电压变为右正左负。此时,假设续流二极管D导通,根据二极管的导通特性,必定是阳极电压大于阴极电压,这就会迫使电感左端电压高于右端,这与电感感应电压的情况相互冲突。所以,从原理上来说,Buck 电路不能直接输出负压。

那么,Buck 电路如何才能生成负压呢?答案是将其接成 Buck - Boost 形式。具体做法是将原 Buck 电路的输出端接地,而将原本的接地端连接到要输出的?Vo端。这样一来,实际的电路结构就变成了 Buck - Boost 形式。

从电路的本质上来看,经过这样的改造后,其输入输出关系就变成了 Buck - Boost 的关系。在实际应用中,当采用这种方式让 Buck 芯片输出负压时,需要格外注意一些重要因素。比如器件的耐压范围,不同的芯片和电子元件都有其所能承受的最大电压值,如果超出这个范围,就可能导致元件损坏,影响电路的正常工作。纹波变化也是一个关键因素,纹波过大可能会对后续电路中的其他元件产生干扰,影响整个系统的性能。此外,电流的变化情况也需要密切关注,不合理的电流变化可能会引发发热、功率损耗等问题。对于这些因素的具体考量,需要根据实际的测试结果进行深入分析。

在实际使用 Buck 芯片时,工程师们通常只关注反馈(FB)引脚上的分压情况,而不会过多关注占空比的具体变化。从理论上来说,将 Buck 芯片的输出端接地,接地端连接到?Vo,是可以实现输出负压的。然而,还需要注意芯片内部是否允许负压的存在。因为有些芯片在设计时可能并没有考虑到负压的情况,内部的一些结构和元件可能无法承受负压,从而导致芯片无法正常工作甚至损坏。综上所述,虽然 Buck 电路本身无法直接输出负压,但通过巧妙地调整电路连接方式,将其改造为 Buck - Boost 形式,就有可能实现负压输出。不过在实际应用中,务必要充分考虑芯片的耐压范围、纹波和电流变化等诸多因素,确保电路的稳定性和可靠性。
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