Buck-Boost-Spannungsregelung mit einem Abwärtsregler

Anbieter zum Thema

TRACO ELECTRONIC GMBH

Bicker Elektronik GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Die Buck-Boost-Induktivität muss mit einem Strom betrieben werden, der größer als der Ausgangslaststrom ist. Dieser ist definiert als IL = IOUT/(1-D) oder einfach als die Summe aus Eingangs- und Ausgangsstrom. Für eine negative Ausgangsspannung, die den gleichen Betrag wie die Ausgangsspannung hat, ergibt sich bei einem Betrieb mit D = 0,5, dass der mittlere Strom durch die Induktivität gleich dem doppelten Ausgangsstrom ist.

Interessanterweise gibt es zwei Möglichkeiten zum Anschließen der Rückführungsseite des Eingangskondensators, was sich auf den Effektivwert des durch den Ausgangskondensator fließenden Stromes auswirken kann.

Im Gegensatz zur typischen Kondensatoranordnung zwischen +VIN und GND kann der Eingangskondensator auch zwischen +VIN und –VOUT geschaltet werden. Bei dieser Konfiguration des Eingangskondensators verringert sich der Effektivwert des Stroms durch den Ausgangskondensator.

Wird der Eingangskondensator allerdings an –VOUT angeschlossen, so entsteht dadurch ein kapazitiver Spannungsteiler an –VOUT. Dies kann beim Einschalten zu einer positiven Spannungsspitze am Ausgang führen, bevor der Regler zu arbeiten beginnt. Um diesen Effekt zu minimieren, ist es gewöhnlich am besten, den Eingangskondensator wesentlich kleiner zu dimensionieren als den Ausgangskondensator.

Dies ist in der Schaltung in Bild 2 zu sehen. Der Strom durch den Eingangskondensator wirkt abwechselnd als Quelle für den DC-Ausgangsstrom und als Senke für den mittleren Eingangsstrom.

Der ungünstigste Fall für den Effektivstrom stellt sich bei einer niedrigen Eingangsspannung ein, wenn der Eingangsstrom am höchsten ist. Bei der Auswahl der Kondensatoren sollte sorgfältig darauf geachtet werden, dass ihr Serien-Ersatzwiderstand (ESR) nicht zu hoch ist. So sind Keramik- oder Polymerkondensatoren häufig eine geeignete Wahl für diese Topologie.

Es ist ein Regler zu wählen, der einerseits bei der minimalen Eingangsspannung minus eines Dioden-Spannungsabfalls hochläuft. Andererseits muss er im Betrieb einer Spannung von VIN plus VOUT standhalten. Auch der FET und die Diode müssen für diesen Spannungsbereich dimensioniert sein.

Die Regelung der Ausgangsspannung erfolgt, indem der Rückkopplungswiderstand ausgangsseitig auf Masse gelegt wird, da die negative Ausgangsspannung die Referenzspannung für den Regler bildet.

Durch die sorgfältige Einstellung einiger weniger Bauelementewerte sowie durch geringfügige Schaltungsänderungen kann ein Abwärts-Schaltregler in einer Buck-Boost-Topologie mit negativer Ausgangsspannung eine Doppelfunktion erfüllen.

Besonderer Dank gilt John Betten von Texas Instruments für seinen Beitrag zu diesem Artikel.

Beim nächsten Mal werden wir darauf eingehen, wie man die Welligkeit bei Schaltregler-Stromversorgungen richtig misst.

* *Robert Kollman ist Senior Applications Manager und Distinguished Member of Technical Staff bei Texas Instruments.

(ID:23666340)