很多工業系統中常需要負電源供電，如雙電源運算放大器、超聲波掃描儀和自動化測試設備等。本文主要介紹如何通過同步Buck 變換器LMR54406實現可調負電壓輸出，該方案具有外圍電路少，成本優等特點。

LMR54406是一款易用的同步Buck變換器，輸入電壓范圍4V~36V，最大連續輸出電流0.6A，非常適用于有寬壓需求的工業應用。同時，其開關頻率為1.1MHz，可以選用更小尺寸的電感；內部集成了軟啟動、補償電路、過流保護和過溫保護，大大節省方案體積。

如圖1所示，通過將原有Buck的正輸出端接到系統GND；將原有Buck的GND pin作為反向電壓輸出端；正電源輸入端加入一個對系統GND的輸入電容CBUCK，即可將現有的LMR54406由同步Buck變換器轉變為Inverting Buck-boost （IBB），提供負電壓輸出。

圖1 Buck變換器演變為反向Buck-boost變換器

下面著重介紹IBB電路的運行原理和電壓電流應力。在LMR54406內部FET上管導通時，輸入電壓VIN給電感充電；在內部下管導通時，輸出電壓VOUT給電感放電，由伏秒平衡可得，輸入輸出的關系為：

（1）

其中，D為開關管導通占空比，為效率。

電感的平均電流、紋波電流、峰值電流和谷值電流分別為：

（2）

（3）

（4）

（5）

VIN pin和SW pin的電壓應力為：

（6）

輸出電容需要根據輸出電壓紋波要求選定：

（7）

基于以上分析可知，IBB電路的電壓應力和電流應力會比Buck電路更高。表1為器件選型時需要考慮的主要參數。

表1 IBB變換器主要參數要求

在一些系統中，常需要負電壓動態可調功能，下面介紹實現負電壓動態調節的三種方式。

第一種調壓方式為在FB pin加入一個外部參考電壓VDAC，通過調節外部參考電壓來調節IBB輸出負電壓范圍。

圖2 負電壓動態調節方式1-電壓型

如圖2所示，此時輸出電壓為：

（8）

外部參考電壓VDAC可以選用一些帶電壓輸出Buffer的DAC來實現。

下面為用 PSPISE for TI的驗證驗證。仿真參數如表2所示。

表2 負電壓動態調節方式1仿真參數

仿真結果如圖3所示，紅線為VDAC，綠線為輸出VOUT，輸出電壓可以很好的跟蹤外部參考電壓VDAC。

圖3 仿真結果

同理，第二種調壓方式可以通過在FB 加入外部參考電流源IDAC來實現；也可以將電阻R1替換為數字電位器，通過調節R1阻值，來實現調壓。實現方式如圖4和圖5所示，不再贅述。

圖4 負電壓動態調節方式2-電流型

圖5 負電壓動態調節方式3-電阻型

本文介紹了一種基于LMR54406通過IBB拓撲實現負輸出電壓的方案，以及電壓型、電流型和電阻型3種動態調壓方法。具有易于實現，外圍器件少，節省成本等優勢，該方案也適用于其他大部分Buck變換器和控制器。

審核編輯：郭婷