介绍

除主电源外，许多应用还需要一个低功率电源。一个典型的例子是前端放大器需要±5V，而主数字电路只需要+5V。出于成本、库存管理或EMC的原因，单独的-5V转换器可能不合适。因此，需要从主电源中提供额外电源轨的另一种方法。

为了解决这一问题，降压IC转换器的开关动作可以用于导出一个或多个输出，隔离或非隔离，准稳压或非稳压。辅助输出电流的10%至30%的主输出是完全可能的。本应用笔记将使用MAX5035 DC-DC转换器说明该技术。

降压波形

对工作降压转换器中波形的回顾将确定可用于产生额外输出的电压和电流。参见下面的图1和本文末尾的示例1波形。

LX引脚处有一个振幅的开关电压波形:

V(LX) = [V(IN) (max) to -V(diode)] <V (LX) & lt;V (分钟)- V(二极管)]

电源周期(LX接V(IN))主电感两端电压为:

V(IN)D = [V(IN) (max) - V(OUT)] <V(在)D & lt;[V(IN)(min) - V(OUT)]

电感电流连续运行

当电源开关断开时，LX连接处的电压为负，导通二极管D1，以确保电感电流继续循环。当D1中的循环电流降至零之前，电源周期开始时，操作称为连续(图2)。

知道与关键元件相关的各种有效值电流和电压，功耗可以计算如下:

定义

ron_sw -内部电源开关导通电阻(V(IN) to LX)数据表
rload电源输出端连接的有效电阻。
iquiescent -控制IC无开关动作时的静态电流。
肖特基二极管(D1)正向均方根电流。
在额定电流下，通过肖特基二极管D1的正向压降。
ILOAD_RMS-RMS负载电流。

辅助输出

辅助输出可以通过在主降压电感上附加一个绕组来增加。附加输出依赖于“捕捉”肖特基二极管(图1中的D1)导通期间主电感的反激动作。由于二极管的压降是相对恒定的(一般为300mV ~ 500mV，取决于电流)，并且由于控制器调节输出电压，因此在电源开关的OFF时间内，电感的压降也是相对恒定的。为了使压降保持一致，主电感应在整个主降压负载范围内连续导通。

LX引脚也可用于为分立电荷泵电路提供开关输入。为了保持一致，每当需要额外输出时，LX引脚必须处于活动状态。您可以通过确保主降压输出支持最小负载来保持LX引脚活动。

电感的选择

设置主电感的值需要三个函数:电感两端的电压、工作频率和电感的电流纹波。总之，这些功能将确保足够的能量存储在电感。电感的最小值由最大占空比和最小输入电压决定，由式给出:

纹波电流是输出电流的百分比，MAX5035定义为30%。注意，纹波电流设定了间断运行前的最小负载电流。因为辅助电源增加了电源开关的峰值电流要求，所以必须注意限制辅助功率的消耗。

对于许多应用，评估(EV)套件的100µH和68µF输出滤波器值的标准设置将是合适的。这些价值将用于额外的供应品。MAX5035具有固定的内部3型补偿，这对输出电容的选择施加了限制。选择ESR，使零频率出现在20kHz和40kHz之间。有关更多信息，请参阅MAX5035数据表的应用部分。

从主电感变压器派生的辅助输出

在电源开关的OFF时间内，电感的压降相对恒定，因为初级肖特基二极管的压降相对恒定(通常为300mV至500mV，取决于电流)，控制器调节输出电压。连接次级整流器和电容器，使导通发生在反激期间(二极管ON)，允许一些能量从主电感抽头。图3a和3b显示了这种安排的两个版本。将辅助绕组与主降压隔离，允许灵活的连接安排。图3a为零伏时的辅助输出，图3b为主正输出时的辅助输出。参见示例2a和2b中的波形。

辅助输出电压为:

V(aux) = n2 / n1 (V(out) + V(diode1)) - V(diode2)

N1 =初级匝数，N2 =次级匝数。

图3中的输出与输入电压变化无关，因为当内部LX电源开关为OFF时，D2为ON。在电源开关最大导通时间内，应选择电容C7支持输出。由于D1的正向压降随温度和负载电流的变化而变化，二次输出承受2%至3%的输出变化。由于变压器的N1和N2彼此是直流隔离的，所以额外的输出可以参考任何直流电压。

对于给定的电感值，辅助输出端的二次功率受到主一次回路中不连续电流开始的限制。简单地说，D1必须在反激周期结束时保持导通状态。在断续工作开始时，通过D1的导通变为零，LX处的电压将以由输出电感和LX节点的总杂散电容决定的频率显示特征衰减“环”。

当内部LX从导通切换到关断时，二次电压引起一次电流在过渡点的变化。图4所示的当前步骤为:

I(XTRA) = P(SEC) (D × V(LX))
占空比
P(SEC) =二次功率
V(LX) = LX处的峰值电压偏移

原则上，匝数比的选择有很大的灵活性。然而，在实践中，具有合适电感和峰值电流值的标准1:1变压器的可用性使其成为最受欢迎的匝比选择。

注意额外的长如何产生改变的一次纹波电流。粗体线表示主电感电流形状与有源辅助输出的简化变化。

这种方法的相对优势

1. 正或负辅助输出

2. 准调节辅助输出

3. 孤立的;能参考接地或主正输出吗

4. 电感值由主降压设定

5. 现成的磁性材料(1:1变压器比)

这种方法的相对缺点

1. 增加一次纹波电流增加了不连续电流的发作

2. 辅助输出所需的最小负载

3. 主正输出维持LX点开关动作所需的最小负载

负辅助输出来自电荷泵

LX端子电压偏移可以用作电荷泵的源，以产生非调节的辅助负输出。额外的输出是不稳定的，因为LX处的电压与V(IN)的变化没有隔离。附加的电荷泵组件如图5所示。参见例3中的波形。

当电源开关在电源周期开始时闭合时，电流通过D2和R6流入C7，并开始在电感L1中斜坡。在D1导通的反激循环中，C7上的电荷转移到C8和负载上。R6是一个重要的补充，因为它将峰值电流限制在C7。如果没有R6，将超过电源开关的电流限制，导致电源周期过早终止，甚至导致受保护的降压转换器(如MAX5035)关闭。参见图6。

由于R6和C7的原因，非均匀电荷泵的源阻抗为:

识别非调节电荷泵的源阻抗允许设计者估计可变负载条件下的电荷泵输出电压。

开路电荷泵辅助输出电压近似为:

负载电荷泵辅助输出电压为:

当电容值在1µF到10µF范围内时，R1将主导源阻抗。输出纹波几乎完全是由于C8(图4中的输出电容)的ESR造成的。由于电荷泵是不稳定的，可以在输出端连接一个线性稳压器，以提供一个可调节的负输出。

这种方法的相对优势

1. 小部件

2. 成本低于1:1变压器架构

这种方法的相对缺点

1. 不受监管的输出;如果输入电压范围较宽，则可能需要在输出端加一个额外的稳压器。

2. 中等辅助负载电流的高峰值电流(约4 × I(OUT_AVE))

3. 仅负辅助输出;输出可以参考地或主稳压输出，只要有足够的电压差给泵电容器充电(图5中的C7)。

4. 辅助输出所需的最小负载，以防止尖峰存储过电压

5. 主正输出维持LX点开关动作所需的最小负载

专用辅助电源

通过采用第二个电感L2，可以从LX引脚获得负输出，该电感L2与主降压电感共享相同的核心，因此具有相同的值。图7显示了C5、D2、C6和L2如何形成一个SEPIC拓扑。参见例4中的波形。LX处驱动正输出降压的开关信号也是驱动负输出的同一电平。导通时L1两端电压为V(LX) - V(OUT)，关断时电压为V(OUT) + V(DIODE_1)。通过变压器动作(1:1)，该电压也在L2上留下印象，并与D2和C5产生-V(OUT)。由于两个绕组L1和L2的耦合不太完美，C5创建了SEPIC连接，并以非常适度的调节改善了正常反激辅助输出的调节。

选择耦合电容C5，作为辅助负载-电流占空比和时钟周期的函数，在其上产生低压纹波。

这种方法的相对优势

1. Quasiregulated输出

2. “干净”电感电流波形;减少噪音产生

3. 由于耦合电感减少纹波

4. 单磁性元件(现成1:1变压器)

这种方法的相对缺点

1. -V(OUT)仅可用

2. 接地参考输出

结论

一些辅助输出拓扑可以添加到一个集成的，正降压转换器。示例选择了MAX5035，但低输出MAX5033可以使用相同的电路，但输出减少。

回程辅助

为了完全独立于辅助输出基准，反激电路在主降压电感、肖特基二极管和电容器上增加了一个绕组。这种设计非常吸引人，并且有适度的调节。使用1:1变压器(Cooper Bussmann DRQ125-101用于MAX5035)，辅助输出可以相对于地±V(OUT)或主V(OUT)。辅助输出电流可达主输出的20%，尽管主电感电流可能会出现一些失真。

耦合电感SEPIC辅助

在接地安排上不通用，耦合电感SEPIC拓扑仅提供参考地的调节-V(OUT)。调节优于反激方式，电感电流波形畸变小。辅助输出电流可达主输出的20%。耦合电感器有助于减少辅助输出的纹波。

电荷泵逆变器

电荷泵是成本最低的选择，没有额外的电感绕组。这种设计只适用于低功率输出，因为与拓扑结构相关的峰值电流和电压很高。开路输出约为V(IN)，随辅助输出电压的增加而减小。建议最大输出小于等于主正输出的5%。

采用这种方法，主正输出必须始终保持有效，主降压电感电流必须始终保持连续。辅助输出需要额外的峰值电流，在考虑主输出的最小损耗和辅助输出的最大损耗时，必须考虑到这一点。

波形:降压转换器，MAX5035 EV Kit No Auxiliary(图1):

V(in) = + 15v
V(out) = + 5v
I(OUT) = 465mA (R(LOAD) = 10欧姆±5%)

波形:

1. LX电感电流斜坡(黄色，0.1A / sq)

2. LX电压(绿色)

3. V (紫色)

I(LX_PEAK) = 550mA
V(lx_peak) = 15v
周期= 8µs

示例2a波形:变压器作为主电感，反激辅助输出(图3):

V(in) = + 15v
V(out) = + 5v
I(OUT) = 465mA (R(LOAD) = 10欧姆µ5%)

-v (out) = 5.02v
-I(OUT_AUX) = -152mA (R(LOAD) = 33欧姆)
C3 = 100µf
D2 = 1n5817mdict

波形:

1. LX电感电流斜坡(黄色，0.1A / sq)

2. LX电压(绿色)

3. V (OUT_AUX)(紫色)

Ilx_peak = 0.63a

注意:LX波形失真是由反激(D1 ON)期间额外的低电压引起的。

例2b波形:变压器作为主电感，反激辅助输出(图3):

V(in) = + 15v
V(out) = + 5v
I(OUT) = 465mA (R(LOAD) = 10欧姆µ5%)

-v (out) = 5.3v
-I(OUT_AUX) = -104mA (R(LOAD) = 51欧姆)
C3 = 100µf
D2 = 1n5817mdict

波形:

1. LX电感电流斜坡(黄色，0.1A / sq)

2. LX电压(绿色)

3. V (OUT_AUX)(紫色)

I(lx_peak) = 0.6a

注意:减小的LX波形失真是由于减小的低导反激(D1 on)周期引起的。将此与上面的示例2a进行比较。

示例3波形:电荷泵负辅助输出(图5):

V(in) = + 15v
V(out) = + 5v
I(OUT) = 465mA (R(LOAD) = 10欧姆µ5%)

-v (out) = -12.3v
-I(OUT_AUX) = 82mA (R(LOAD) = 150欧姆
D2, 3 = 1n5817mdict
C7 = 1µ
C8 = 10µf
R6 = 5.6欧姆

波形:

1. LX +电荷泵电流斜坡(黄色，0.2A / sq)

2. LX电压(绿色)

3. -V(OUT_AUX)(紫色，500mV / sq)，交流耦合。

Lx电流波形= 750mA pk。对比550mA的峰值基本降压。

注意:辅助输出的dV/dT峰值。后置滤波器与小LC。L可以由pc铜轨道形成。

例4波形:SEPIC辅助电源(图7):

L1 = L2 = 100µH耦合(1:1)电感
V(in) = + 15v
V(out) = + 5v
I(OUT) = 465mA (R(LOAD) = 10欧姆µ5%)

-v (out) = -5.02v
-I(OUT_AUX) = 228mA (R(LOAD) = 22欧姆)
C5 = 10µf
C6 = 100µf
D2 = 1n5817mdict

波形:

1. LX电流匝道(黄色，0.2A / sq)

2. LX电压(绿色)

3. V (OUT_AUX)(紫色)

I(lx_peak) = 1.15a
V(OUT_AUX)纹波= 100mV pk-pk，不包括窄dV/dT脉冲。

注意:辅助输出的dV/dT峰值。后置滤波器与小LC。L可以由pc铜轨道形成。