在許多工業(yè)、通信及汽車電子系統(tǒng)中，信號鏈電路往往需要正負雙電源供電（如±5 V或±15 V），以滿足運算放大器、ADC/DAC、傳感器接口等器件的輸入動態(tài)范圍要求。此外，在碳化硅（SiC）功率器件的柵極驅(qū)動中，也常需要負電壓來實現(xiàn)快速關(guān)斷和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。?uk拓撲因其結(jié)構(gòu)簡潔、噪聲較低，成為從正輸入電壓生成負輸出電壓的理想選擇。

一、?uk拓撲基本原理與特點

?uk拓撲是一種非隔離型DC-DC變換器，其核心結(jié)構(gòu)包括兩個電感（L1、L2）、一個開關(guān)晶體管（S1）、一個二極管（D1）和一個耦合電容（C1）。該拓撲又被稱為“2L反相拓撲”，因為它通過兩個電感實現(xiàn)了輸入與輸出之間的能量傳遞，并將輸出電壓反相。

工作模式簡析：

開關(guān)導通階段：輸入電流流經(jīng)L1為C1充電，同時L2釋放儲能至負載；

開關(guān)關(guān)斷階段：L1通過D1續(xù)流向C1放電，L2則繼續(xù)向負載提供電流；

整個過程中，C1作為能量傳輸媒介，使輸出電壓反相于輸入電壓。

相比其他負電壓生成方案（如反激、電荷泵），?uk拓撲具有以下優(yōu)勢：

輸入與輸出均為連續(xù)電流，降低傳導EMI；

熱回路面積小，有利于抑制高頻噪聲；

可實現(xiàn)升壓或降壓功能，輸出電壓調(diào)節(jié)靈活。

二、關(guān)鍵元件選型與布局要點

1. 開關(guān)穩(wěn)壓器IC選型

選擇支持負電壓反饋的控制器或集成開關(guān)IC是設計的關(guān)鍵。例如 LT8330 是一款適用于?uk拓撲的高效升壓控制器，其具備如下特性：

支持輸入電壓范圍：3 V 至 40 V；

集成1 A、60 V MOSFET開關(guān)；

特有FBX引腳，可兼容正/負電壓反饋；

固定2 MHz開關(guān)頻率，支持高密度設計；

超低靜態(tài)電流（IQ = 6 μA）；

封裝緊湊，適合車載與便攜設備。

2. 熱回路布局優(yōu)化

盡管?uk拓撲本身具有較低噪聲特性，但熱回路（由開關(guān)S1、二極管D1和耦合電容C1組成）仍是電磁干擾的主要來源。為減小寄生電感和輻射噪聲，建議采用以下布局策略：

S1、D1、C1應盡可能靠近IC的對應引腳；

使用短而寬的走線連接這些元件；

地平面保持完整，避免分割造成環(huán)路增大；

多層PCB中優(yōu)先將熱回路布置在同一層，減少過孔引入的電感。

三、典型電路設計示例

圖1所示為基于LT8330的?uk穩(wěn)壓器電路，輸入為12 V，輸出為–15 V，輸出電流能力可達100 mA以上。其主要參數(shù)配置如下：

圖1

L1、L2：各為10 μH；

C1：陶瓷電容，1 μF；

D1：肖特基二極管，耐壓≥60 V；

輸出濾波：π型濾波（10 μF + 10 Ω + 10 μF）；

反饋分壓電阻：根據(jù)–15 V設定FBX參考電壓。

該電路工作于固定頻率PWM模式，也可啟用Burst Mode?以提升輕載效率。

如需LT8330產(chǎn)品規(guī)格書、樣片測試、采購、BOM配單等需求，請加客服微信：13310830171。

四、性能優(yōu)勢與適用場景

性能優(yōu)勢：

輸入與輸出端均無突變電流，顯著降低EMI；

輸出紋波低，適合對噪聲敏感的模擬前端；

支持寬輸入范圍，適應電池供電或多軌系統(tǒng)；

結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)小型化設計。

推薦應用場景：

運算放大器/儀表放大器供電；

ADC/DAC基準電源；

SiC/MOSFET柵極驅(qū)動電源；

汽車ECU、車載攝像頭模塊；

工業(yè)傳感器與測量設備。

五、總結(jié)

?uk拓撲憑借其低噪聲、高效率、結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點，成為生成負電壓的理想選擇。結(jié)合高性能開關(guān)控制器如LT8330，不僅簡化了設計流程，還能實現(xiàn)優(yōu)異的電氣性能與EMI表現(xiàn)。對于需要穩(wěn)定負電源、且空間受限的應用場景，工程師可優(yōu)先考慮采用此拓撲結(jié)構(gòu)進行電源設計，并注重熱回路布局優(yōu)化，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。