Ćuk 拓扑非常适合用于从正电源电压生成负输出电压。许多系统都需要负电源电压,以便读取某些传感器发出的信号。因此,可能需要为信号链提供(例如)+5 V 和–5 V,或者甚至+15 V 和–15 V 电压。负电源电压也用于安全切换某些开关元件,例如碳化硅(SiC)。

 

Ćuk 拓扑也称为 2L 反相拓扑,因为其电源路径中需要使用两个电感。图 1 为Ćuk 拓扑的电路图。

 

图 1. 用于生成负电源电压的Ćuk 拓扑原理图。

 

在选择合适的开关稳压器 IC 时,需要确保其中包含负电源电压反馈引脚,这非常重要。ADI 公司拥有大量带有集成开关的单片开关稳压器 IC,以及带有外部开关晶体管的控制器 IC,均适合此类应用。

 

最重要的是,所需的两个电感分别代表成本和空间因素。但是,这两个组件也导致输入端和输出端的电源路径中产生电感。这可以防止在输入端和输出端产生快速开关电流。因此,Ćuk 拓扑通常被视为特定的低噪声拓扑。当然,和其他开关稳压器一样,Ćuk 拓扑也提供开关电流。在图 1 中,它们表现为热回路(蓝色)。热回路指的是一组具有快速 di/dt 瞬变的轨迹。为了最大限度降低开关电流产生的干扰,以及伴随的寄生电容,此回路占用的空间面积必须尽可能达到最小。

 

因此,在适合Ćuk 拓扑的优化板布局中,续流二极管 D、耦合电容 C 和开关 S1 必须彼此非常靠近。利用对应的 IC 引脚排列,例如 LT8330,即可紧凑排列这些线路。图 2 所示为在实际的板布局中,开关电流(热回路)的电源路径所在的区域。

 

关键回路由外部二极管 D、耦合电容 C,以及 LT8330 开关稳压器 IC 中的 GND 和 SW 引脚之间的内部连接构成。热回路应尽量短小和紧凑。

 

图 2. 针对Ćuk 拓扑优化的板布局。

 

图 3 所示为包含 LT8330 的电路示例,它在Ćuk 拓扑中可以当做稳压器。一个重要的特性就是 FBX 引脚,这是一种特殊的 FB 引脚,可以处理负电源电压(根据Ćuk 拓扑的要求)和正电源电压。如果 LT8330 用于升压或 SEPIC 拓扑中,则需要具备正反馈引脚极性。

 

图 3. 采用 LT8330 的Ćuk 稳压器电路示例。

 

稳压器输入端和输出端的电感会影响稳压器产生的传导发射量。如果采用包含非常紧凑的热回路的优化板布局,则可以实现极低噪声的解决方案。这些特性使得Ćuk 稳压器非常适合用于产生低噪声和负电源电压。