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Convertitore da positivo a negativo. Applicazioni
By Ionela
Created 03/11/2010 - 13:50
Convertitore da positivo a negativo. Lo sviluppo di controllers per step-down ad alto voltaggio
efficiente ha reso possibile la realizzazione di convertitori ad alte prestazioni DC/DC da positivo a
negativo, usando una tipologia di regolatori di switching che non richiedono un trasformatore.
Infatti, la standardizzazione dei trasformatori ha aumentato la popolarità dei suddetti convertitori.
La tipologia step-down presenta una serie di vantaggi rispetto ai trasformatori tradizionali, con la semplicità
dei convertitori e basso consumo in cima alla lista.
La Figura 2 mostra la semplicità del power train, che comprende un MOSFET Q1 superiore, un singolo
induttore L1, diodo o MOSFET Q2 inferiore ed un filtro di output. Il voltaggio in uscita è regolato da un
controller IC U1.
[1]
Figura 2.Convertitore Positivo-negativo che usa discrete component, VIN = 5V a 14V, VOUT = 5V a 4A
[Clicca sull'immagine]
Il conteggio di componente del power train può essere ulteriormente ridotto a due o persino a uno, se si
usano soluzioni integrate come mostrato nelle Figure 3 e 4.

2. Figura 3. Convertitore Positivo- negative che usa un regolatore IC con MOSFETs integrati, VIN = 5V a
14V, VOUT = 3.3V a 5A [Clicca sull'immagine]
[3]
Figura 4.Convertitore Positivo-negativo che usa un convertitore pienamente integrato µModule DC/DC, VIN
= 5V a 14V, VOUT = 5.0V a 7A [Clicca sull'immagine]
Operazione Base, Funzione di Trasferimento e Stress del
Componente
Questo articolo presenta i diagrammi e le equazioni richieste essenziali per un know how della funzionalità
di un convertitore da positivo a negativo. Un ulteriore studio della teoria (incluso il buck-boost) è
descritto in [1].
Il duty cycle e la media di corrente indotta possono essere trovati nelle seguenti espressioni, per ottenere
una modalità di conduzione continua ottimale.
Sebbene un convertitore da positivo a negativo sia simile ad un buck non lo è affatto.
La principale differenza è che in un normale convertitore da positivo a negativo l?induttore non
distribuisce l?energia e la corrente per una carica continua come in un convertitore buck. Durante il tempo
di accensione il Q1 è acceso, il Q2 è spento, l?unità Q2 del diodo è modificata e l?induttore è disconnesso
dal caricatore, sostituito da un filtro di output. (Vedi Figura 1). L?energia e la corrente sono distribuite
dall?induttore L al filtro di output quando Q1 è spento e Q2 è acceso come mostrato nella Figura 1b.

3. Figura 1. Diagrammi topologici di un convertitore positive-negativo
Media e correnti massime dell?induttore raggiungono i valori massimi nella tipologia invertita paragonata al
buck nella stessa corrente in uscita. Per esempio nel circuito della Figura 2 la corrente in uscita è di 4A,
ma la media di corrente ad induzione è 6.22° ed il picco è 7.32A con un voltaggio in entrata di 9V.
Questo fatto ha maggiori implicazioni sulle componenti di selezione, l?efficienza e il ripple di uscita, ma
con appropriate componenti si potrebbe raggiungere un?efficienza pari al 94% -95%.
VMAX = VIN + |VOUT| è il voltaggio massimo attraverso i transistor Q1 e Q2.
I valori della corrente massima IMAX attraverso i transistor Q1, Q2 e l?induttore L ed il diodo D possono
essere trovati nelle seguenti espressioni.
Dove DMAX è il massimo duty cycle del controller. La Media di corrente attraverso Q1 è uguale a IL ? D e
attraverso Q2 per IOUT. Il voltaggio massimo nel pin di switching ed i pin di indirizzamento della corrente
definisce la selezione del controller per questa topologia.
Tre convertitori Positivo- Negativo
Le Figure 2,3 e 4 mostrano convertitori pratici positivo-negativo usando questa topologia.
La Figura 2 mostra un discreto settaggio, che include due transistor, un induttore, un controller LTC3834-1,
e filtri di input/output. L?hookup dell?LTC3834-1 è lineare, lì dove l?utente ha la possibilità di selezionare tre
frequenze fisse: 250kHz, 530kHz or 400kHz (attraverso il pin PLLLPF) e tre modalità di operazione:
l?operazione Burst Mode® favorisce lo skipping e forza continue modalità (attraverso il pin PLLIN/MODE).
L?efficienza del circuito è pari al 93%.
La Figura 3 mostra un disegno compatto, dove i MOSFETs di switching sono integrati nel convertitore step-
down DC/DC dell? LTC3608 monolitico e sincrono. L? LTC3608 salva anche spazio con la corrente
interna sensibile.
Utilizza una modalità controllo valley e averte la corrente attraverso il MOSFET inferiore interno. La
frequenza operativa è determinata attraverso il timer one-shot che controlla l?operatività dello switch del
MOSFET superiore.
La Frequenza è programmata dal resistor RFRQ ed è portata a 300kHz. L?efficienza raggiunge quasi il

4. 94%. Il circuito della Figura 4 semplifica e innesca il flusso del progetto dell?intera applicazione
impiegando un regolatore LTM4601 µModule®. L?intera applicazione occupa un volume di soli 15mm × 15 ×
2.8mm ed è pronta all?uso.
Non viene richiesta la scelta di componenti o troubleshooting. Ciò si ottiene integrando lo switching
MOSFETs e l?induttore nel pacchetto. Il voltaggio input minimo dell? LTM4601 è 4.5 V con un output
massimo di 29V e12A. Tutti e tre i circuiti sono funzionali nel raggio di voltaggio input da 5V a 14V, ma la
corrente di output stabilita applica da 9V a 14V. La corrente in uscita dovrebbe essere ridotta a voltaggi
inferiori ai 9V. I voltaggi di output possono essere variati da 1.2V a 5V cambiando il resistor RFB. Le curve
di efficienza sono mostrate nella Figura 5.
Figura 5. Efficienza vs. output load per le tre applicazioni mostrate qui
Conversione da positivo a negativo - Conclusione
La conversione positivo-negativo basata sul regolatore switching è ampiamente usata nei dispositivi LCD,
amplificatori audio, equipaggiamento industriale e di misurazione. Questi tre progetti mostrano che
progettare e costruire un convertitore positivo-negativo può essere facile.
Application Note conversione da positivo a negativo convertitori
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