摘  要： 雖然單電源軌到軌運(yùn)算放大器已得到廣泛使用，但常常必須從單一(正)輸入供電軌產(chǎn)生兩個(gè)供電軌,，以便為模擬信號(hào)鏈的其他部分供電。這些部分的電流一般較低,，正負(fù)電源具有相對(duì)匹配良好的負(fù)載,。針對(duì)該問(wèn)題,，本文在常見(jiàn)的解決方案之外提出了一種更優(yōu)的方法，該解決方案使用SEPIC-Cuk轉(zhuǎn)換器,，由一個(gè)輸出不受調(diào)節(jié)的Cuk轉(zhuǎn)換器連接到一個(gè)輸出受到調(diào)節(jié)的SEPIC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)組成,。這一組合產(chǎn)生的兩個(gè)高效電源幾乎能在所有條件下都非常好地保持一致。
關(guān)鍵詞：  ADI,；SEPIC-Cuk轉(zhuǎn)換器,；雙供電軌

    雖然單電源軌到軌運(yùn)算放大器已得到廣泛使用，但常常必須從單一（正）輸入供電軌產(chǎn)生兩個(gè)供電軌（例如±15 V）,，以便為模擬信號(hào)鏈的其他部分供電,。這些部分的電流一般較低（例如10 mA～500 mA），正負(fù)電源具有相對(duì)匹配良好的負(fù)載,。
    一種解決方案是使用兩個(gè)不同的DC-DC轉(zhuǎn)換器,，分別用于提供正供電軌和負(fù)供電軌，但這樣做不僅成本高昂,，而且也沒(méi)有必要,。另一種解決方案是使用一個(gè)反激式轉(zhuǎn)換器。然而,，兩個(gè)電源在差分負(fù)載下往往不能非常好地保持一致,，需要體積較大且昂貴的變壓器，而且效率低下,。
    更好的解決方案是使用圖1所示的SEPIC-Cuk轉(zhuǎn)換器[1],，該器件由一個(gè)輸出不受調(diào)節(jié)的Cuk轉(zhuǎn)換器連接到一個(gè)輸出受到調(diào)節(jié)的SEPIC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)組成。這一組合產(chǎn)生的兩個(gè)高效電源幾乎在所有條件下都能非常好地保持一致,，除非負(fù)載100%不匹配,。

    從最基本的層面來(lái)看，SEPIC-Cuk轉(zhuǎn)換器就是一個(gè)SEPIC轉(zhuǎn)換器連接至一個(gè)Cuk轉(zhuǎn)換器,，兩者在開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)處相互連接,。圖1中采用并聯(lián)L1和L2的方式，而不是單個(gè)電感,，目的是使兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的耦合更加明顯,。轉(zhuǎn)換器間之所以可以實(shí)現(xiàn)這種耦合是因?yàn)槠滢D(zhuǎn)換率大小相等符號(hào)相反且SN1處的電壓波形對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)換器而言是相同的。
    有趣的是,，除了Cout,，每個(gè)轉(zhuǎn)換器中元件的電流都是相同的（因?yàn)镃uk產(chǎn)生負(fù)電壓，因此需要考慮負(fù)號(hào)的情況）,，如圖2和圖3所示,。在每個(gè)輸出端負(fù)載相同的情況下,，IL1=IL2、IL3=IL4,、IC1=IC2且IQ3=IQ2,。

    因此，每個(gè)元件應(yīng)采用相同的值,，這樣就會(huì)在兩個(gè)輸出電壓之間產(chǎn)生較好的匹配,，并簡(jiǎn)化小信號(hào)分析。
    這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可采用3個(gè)單繞組電感,、2個(gè)耦合電感,、1個(gè)定制1:1:1變壓器，或者一個(gè)Coilcraft的六繞組Hexapath器件（或等效器件）構(gòu)建,。電感耦合可將電感中的電流紋波減少到原值的1/3[1],，大大降低小信號(hào)模型的復(fù)雜性，并通過(guò)消除SEPIC和Cuk共振實(shí)現(xiàn)較高帶寬,。
    該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要優(yōu)勢(shì)之一是,，單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電流模式升壓控制器（如ADP1621[2]或ADP1613[3]）可實(shí)現(xiàn)正負(fù)兩種輸出，反饋來(lái)自SEPIC（正）輸出,。如果根據(jù)以下原則選擇器件,，這種復(fù)雜轉(zhuǎn)換器的小信號(hào)模式看起來(lái)就與單輸出電流模式SEPIC基本完全相同：(1)每個(gè)輸出端采用相同的電容；(2)C2的電容值應(yīng)略大于C1,。這些電容通常為陶瓷電容,，因此必須考慮直流偏置上的差異,；(3)應(yīng)采用耦合電容,，使L1、L2分別與L4,、L3耦合,。SEPIC和Cuk輸出端都應(yīng)選用同樣的電感。
    本質(zhì)上,，SEPIC-Cuk的Cuk（負(fù)）輸出是未經(jīng)調(diào)節(jié)的,，因此與SEPIC（正）輸出相比，輸出電流的變化會(huì)帶來(lái)一定的負(fù)載變化,，特別是負(fù)載不匹配時(shí),。注意，其跟蹤特性比相似配置的反激式轉(zhuǎn)換器要好得多,，在瞬變或負(fù)載不匹配的情況下尤其如此,。這是因?yàn)橥ǖ乐g的耦合是直接連接，而非通過(guò)本身具有泄漏電感的變壓器進(jìn)行連接,。
    當(dāng)兩個(gè)電源的負(fù)載相同時(shí),，在穩(wěn)態(tài)下,，權(quán)重較大的誤差項(xiàng)是由電感的直流電阻與二極管的正向電壓不匹配造成的，應(yīng)設(shè)法讓這些誤差相對(duì)輸出電壓來(lái)說(shuō)變得非常小,。
    當(dāng)負(fù)載顯著不匹配時(shí),，誤差增大，如圖4所示,。因此,，在某些應(yīng)用中，可能有必要在一個(gè)或兩個(gè)通道上放置一個(gè)小的偽負(fù)載,，使兩個(gè)電源均在其調(diào)節(jié)窗口中,。一般而言，只要有足夠的裕量,，運(yùn)算放大器等模擬器件對(duì)其電源的直流變化不是很敏感,。

    圖5顯示將一個(gè)30 mA瞬變施加于SEPIC-Cuk轉(zhuǎn)換器的Cuk(-Vout)輸出的響應(yīng)，SEPIC輸出保持恒定的100 mA負(fù)載,。注意,，兩個(gè)輸出均對(duì)該瞬變負(fù)載做出了響應(yīng)。

    這是最差情況的瞬變,，因?yàn)镃uk(負(fù))輸出未經(jīng)調(diào)節(jié),。值得注意的是，-Vout軌顯示的大部分偏差實(shí)際上是應(yīng)用于兩個(gè)軌的負(fù)載(Iout+,、Iout-)之間不匹配所引起的直流調(diào)節(jié)偏移,。
    圖6所示的測(cè)試板是基于Excel的ADIsimPowerTM設(shè)計(jì)工具[4]而構(gòu)建。借助這款綜合設(shè)計(jì)工具,，用戶(hù)可以快速而準(zhǔn)確地針對(duì)SEPIC-Cuk和其他許多開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)創(chuàng)建完整的原理圖和BOM,。

    實(shí)測(cè)效率如圖7所示。參考文獻(xiàn)[5]中給出了由單一輸入電壓實(shí)現(xiàn)分離供電軌的改進(jìn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[5],。

參考文獻(xiàn)
[1] A general unified approach to modelling switching-converter  power stages.http://www.ee.bgu.ac.il/~kushnero/temp/guamicuk.pdf.
[2] AD1621 data sheet[Z].http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADP1621.pdf.
[3] ADP1613 data sheet[Z].http://www.analog.com/en/power-management/switching-regulators-integrated-fet-switches/adp1613/products/product.html.
[4] ADIsimPower.http://designtools.analog.com/dtPowerWeb/dtPowerMain.aspx.
[5] AN-1106.http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-1106.pdf.