四开关降压-升压拓扑用作反相降压-升压型稳压器以提供负输出电压

与标准降压转换器类似，该款四开关降压-升压转换器也可配置为反相降压-升压拓扑，以用于负输出应用。如图7所示，M1和M2以互补方式切换；在此操作期间，M3关断，M4导通。请注意，最大电压VMAX = |VIN|+|VOUT|必须小于40 V，即该器件的最大额定电压。流过电感的直流电流IL的幅度计算公式为IL = IOUT/(1-D)，其中D是包含M1和M2的相位臂的占空比，M1是主开关。

图7.配置为反相降压-升压型稳压器。

图8为反相配置的电路示例，该电路设计为24 V输入和-12 V输出，支持高达10 A的负载电流。图9显示了从基准平台测试获得的效率曲线。

图8.反相配置的电路示例。

图9.基准平台测试的-12 VOUT效率曲线。

在反相降压-升压转换器中，输出电压在启动期间可能会略微上升至零伏以上。将该款四开关降压-升压型稳压器配置为反相模式时，也观察到同样的行为。

图10展示了启动期间输出电压反向的原理。在输入电源接通后，但在所有四个MOSFET开始切换之前，输入电流开始通过两条路径反向对输出电容充电：其一是通过跨接在M1和M2上的CIN去耦电容，其二是通过INTVCC电容路径。如果CIN或CINTVcc明显大于COUT，则可能出现更高的反向输出电压。

然而，µModule稳压器内部存在固有的箝位电路，如图11所示。VSD3和VSD4分别表示M3和M4的源漏电压。当-VOUT > VSD3 + VSD4时，M3和M4的体二极管导通，接管充电电流。这两个体二极管形成一个自然箝位电路。换句话说，最大反向输出电压为VSD3 + VSD4。

图12显示了启动期间基准平台测试的反向输出电压波形。在图12a中，反向-VOUT的幅度约为+0.75 V，与COUT (330 µF)相比，电路中的CIN (50 µF)有限。将CIN增加至350 µF时，观察到反向-VOUT升高至+1.5 V，如图12b所示。

CIN与COUT的比率可以调整，以使正输出电压最小。在达到内部箝位电压Vsd3 + Vsd4之前，比率越小，正输出电压越低。此外，输出端可以添加一个外部低正向压降箝位肖特基二极管，以将正电压限制在所需水平，如图8所示。

图10.启动期间的充电电流流动路径。

图11.四开关降压-升压转换器中的自然箝位电路。

图12.启动期间的反向-VOUT波形：(a)与COUT (330 μF)相比，CIN (50 μF)相对较小；(b)与COUT (330 μF)相比，CIN (350 μF)相对较大。

结语

该款四开关降压-升压型稳压器可以直接用作降压或升压型稳压器，无需任何特殊配置。基准测试已验证，与现有其他降压或升压型µModule稳压器相比，新推出的降压-升压型µModule拥有更高的效率、更好的热性能和更强的电流处理能力。此外，该款四开关降压-升压转换器可以轻松配置为反相降压-升压型稳压器，以满足负输出应用的需要。该款器件的效率也非常高，在基准测试中得到了证实。此外，本文讨论了瞬时反向输出电压行为背后的机制，并提供了应对此类问题的设计指南和解决方案。

若要全面了解如何正确使用这款新推出的四开关降压-升压型μModule稳压器，建议参考数据手册和相关的评估套件设计。该款器件还受到LTpowerCAD®设计工具和LTspice®仿真工具的支持。这些资源提供了宝贵的见解和技术规范，对于用户在不同应用中优化性能至关重要。

参考文献

Ling Jiang、Wesley Ballar、Anjan Panigrahy、Henry Zhang，“µModule Regulator Achieves Highest Power Efficiency”，Electronic Products，2024年10月。