如何用VIN max小于系统输入电压的简易降压控制器

品慧电子讯您可以在系统输入电压高于器件最大输入电压额定值的应用中使用P通道非同步降压控制器。该应用的优点在于使用成本较低的控制器，且最大程度地减少了组件数量。关于降压转换器功率级的设计指导，请参见LM5085数据表中的应用信息。

存在着另一种解决方案，可以通过使用VIN max（最大输入电压）小于系统输入电压的简易降压控制器来解决问题。这是如何实现的呢？

降压控制器通常来源于参考电位（0V）的偏置电源（图1a）。偏置电源来自输入电压；因此，器件需要承受全部的VIN电位。然而，因为开通P通道金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）所需的栅极驱动电压在VGS低于VIN，P通道降压控制器具有参考VIN（图1b）的栅极驱动电源。关闭P通道MOSFET则仅需简单地将栅极电压变为VIN（0V VGS）（图2）。

图1：N通道(a)的VCC偏置生成；和P通道控制器(b)

图2：P通道控制器的栅极驱动

非同步P通道控制器导出其偏置电源以驱动P通道栅极，可带来巨大的效益，并且可能实现提供悬浮在0V电位以上的虚拟接地。对于N通道高侧MOSFET，电压来自接地的参考电源。这是使用升压电容器和二极管泵送的电荷，以提供高于VIN源极电位的栅极电压。使用P通道高侧MOSFET可以显著简化该问题。要打开P通道MOSFET，栅极电位需要低于VIN的源极电位。因此，电源仅参考VIN，而非上面提到的VIN和接地。

悬浮接地

如何为控制器创建悬浮接地？这很简单，通过使用射极跟随器即可实现。图3所示为这种方案的基本实践。PNP发射极的电位为Vbe（~0.7V），低于齐纳二极管电压电位（Vz）。实质上，您可以将控制器浮动到VIN，并调节控制器的参考值，以限制VIN与器件接地之间的电压。

图3：使用简易射极跟踪器方案创建虚拟接地

输出电压转换

这里有一项挑战需要克服。由于控制器位于虚拟接地（Vz-Vbe），并产生参考接地（0V）电位的降压输出电压，因此如何才能将输出电压信号转换为位于虚拟接地上方的反馈电压（通常介于0.8V和1.25V之间）？图4说明了具体的挑战。

图4：展示VOUT（参考0V接地）与控制器的反馈电压（参考虚拟接地）之间电压电位差的示意图

要关闭环路，您可以使用一对配对晶体管以实践图5所示的电路。一匹配对将反馈信号发送至VIN；另一匹配对产生从VIN到虚拟接地之上电位的电流。

图5：非同步控制器和使用配对晶体管的馈电实践的高级原理图

综上所述

LM5085是我所述应用的理想选择，因为它是一个P通道非同步控制器，其VCC偏置电源参考VIN。在传统应用中，LM5085可承受高达75VIN的输入电压。对于输入瞬态电压远高于75V的应用，请考虑此处提出的解决方案，该输出为12V。

从控制器反馈电压1.25V开始，使用电流将反馈（Ifb）设置为1mA，使用公式1计算Rfb值：

式中，Rfb = 1.25k。

Rfb1设置电流镜的参考电流。再次以1mA作为参考电流，并使用公式2，计算Rfb1，以设置输出电压：

式中，VOUT = 12V，Rfb1 = 11.3k，Vbe为~0.7V。

当1mA流入Rfb2且发射极电流大致等于集电电流（Ie?Ic）时，设置参考电流Iref2。环路闭合，且电压将调节到所述的设定电压。

输出电压调节

当瞬态电压显著高于LM5085的绝对最大值时，适合应用这一想法。LM5085是一个恒定导通时间（COT）控制器；因此，其导通时间（Ton）与VIN成反比。然而，当将VIN钳位到LM5085时，Ton将不再随着VIN（至功率级）的增加而调整，因为器件将具有由齐纳二极管设置的固定电压，而VIN（至功率级）将不断增大。这将导致频率下降，因为功率级输入电压的增加值超过LM5085的钳位电压；因此调节电压可能会稍微开始增加。因此，为确保以Type 1 纹波注入标准规定纹波注入电压的大小。最终，确保纹波被制定在可接受的范围内，以维持稳定性及最小化当纹波增加时的输出误差。

示例原理图

图6所示为绝对最大VIN额定值为150V的48V电源的示意图。示例可以在3A条件下提供12VOUT。

图6：使用LM5085在3A设计时为24V至150VIN（最大）/ 12VOUT

图7所示为从原型电路板获得的效率图，图中两大参数为效率（%）和负载电流（A）。

图7：不同输入电压下效率（%）与负载电流（A）的关系

图8所示为150VIN时的开关节点电压和电感纹波电流。

图8：通道1开关节点电压，通道4电感纹波电流

结论

您可以在系统输入电压高于器件最大输入电压额定值的应用中使用P通道非同步降压控制器。该应用的优点在于使用成本较低的控制器，且最大程度地减少了组件数量。关于降压转换器功率级的设计指导，请参见LM5085数据表中的应用信息。

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