电子产品世界

基于降压（Buck，降压型）转换器原理的开关电源（SMPS）在各类电子设备中被广泛使用。这类转换器不需要变压器，只需一个简单电感即可高效地将高电压转换为低电压。

这类转换器应用广泛且电路结构简单，典型应用场景为输入电压最高 60 V、输出电压最高 12 V。

但当输入电压或目标输出电压更高时，适用的转换器集成电路往往非常有限。

当然，开关稳压器也可以在更高电压下实现电压转换，只是这类方案通常采用基于变压器的拓扑，如反激式（flyback）或正激式（forward），需要体积大、成本高的变压器。

图 1 中的两个开关管 S1 和 S2 主要决定了转换器可支持的最大输入电压范围。同时，电压转换器芯片内部的驱动器也必须能够产生 S1 所需的高栅极驱动电压 —— 该电压等于最大输入电压 + MOSFET 阈值电压。因此，除了 MOSFET，电压转换芯片也必须按此电压等级进行选型。

1. 无变压器降压型开关稳压器的拓扑结构。

图 2 所示为 LTC7897 控制器芯片，该器件专为最高 135 V 工作电压设计（绝对最大额定值 140 V）。使用该芯片时，输出电压也可以很高，最高可达 135 V，只要低于输入电压即可。

2. LTC7897 降压控制器（简化电路），允许最高 135 V 工作电压。

利用这款高压降压控制器，可以实现 100 V 转 12 V 的电压转换。由于设计采用分立开关管，可选用支持大电流的 MOSFET。例如，图 2 电路可在 12 V 输出下提供 20 A 负载电流。

反相降压 - 降压拓扑（Inverting Buck‑Buck）

除了图 2 这种高压转低压的电压转换场景，还有一种常见需求：系统中只有高正电压，但需要生成负电压。一种可行的拓扑就是反相结构的降压 - 降压控制器。该电路同样不需要变压器，只需一个简单电感，就能从正输入电压生成负输出电压。

反相降压 - 升压拓扑要求电压转换器具备特殊的高压耐受能力，因为稳压器必须至少能承受 输入电压 + 负输出电压的绝对值。例如：输入 48 V、需要输出 –65 V 时，开关电源转换器的电压额定值至少要达到 113 V。因此，高耐压开关电源特别适合用于生成高负压。

图 3 展示了采用 LTC7897 构成的反相拓扑，可将 48 V 输入转换为 –65 V 输出。

3. 对高压耐受能力要求极高的反相拓扑（简化电路）。

结论

在高压条件下运行开关电源（SMPS），并非必须选用基于变压器的拓扑。

借助合适的功率转换芯片（如 LTC7897），许多应用可以不使用复杂且昂贵的变压器即可实现。

关键词： 降压 转换器 开关电源 反相降压