在当今电子技术飞速发展的时代，负电压电源在众多领域发挥着至关重要的作用。本文聚焦于具有快速瞬态变化和噪声敏感特性的负电压轨应用，提出了一种极具创新性的反相降压 - 升压解决方案。
此方案采用了一款单芯片降压转换器，并在反相降压 - 升压（IBB）拓扑结构中融入了 Silent Switcher? 3（SS3）技术。经过全面测试，该解决方案能够满足多项关键要求，包括将负载瞬态峰峰值电压化、使低频噪声降至、有效缩小大容量输出电容和电感尺寸，同时保持高效率运行。得益于充分发挥 SS3 技术的高速性能，整体性能得到了进一步优化升级。
负电压电源广泛应用于信号链中的数模转换器（DAC）和模数转换器（ADC）驱动器、显示器和射频（RF）中的功率放大器、成像系统、光学二极管，以及自动测试设备（ATE）中用于实现真正 0 V 输出的偏置电路等领域。这些应用通常对电源噪声极为敏感，不仅涉及基本的开关频率及更高频率的噪声，还涵盖从开关频率直至低至 0.1 Hz 的低频噪声。传统上，为减少低频噪声，电源设计师常采用后置滤波低压差（LDO）稳压器，但这种方法会增大解决方案的尺寸并降低运行效率。而 Silent Switcher? 3 系列超低噪声单芯片降压转换器则为要求低频输出噪声极低且无需 LDO 稳压器的应用提供了解决方案。通过重新配置简单的半桥拓扑结构，SS3 可作为反相降压 - 升压（IBB）转换器产生负输出电压，能在需要负电压轨具备低频噪声性能的应用中运行。
接下来详细阐述了将 SS3 系列产品 LT8624S 用作负电压应用中的 IBB 的设计过程。在设计紧凑型 IBB 解决方案时，缩小电感器尺寸是关键。通过利用 2 mm 的高度限制并减小电感器面积，筛选出合适的电感器。经过计算和测试，终确定工作频率为 2.2 MHz 的 1.5 ?H 电感器为组合，满负载情况下效率达到 90.2%。
确定电感器和开关频率后，进行大容量输出电容的设计。输出电容器需遵守 2 mm 高度限制并占用小面积，同时要保证在半载到满载的瞬态变化过程中，输出电压的峰峰值保持在 40 mV 以内。通过一系列测试，终将大容量输出电容优化为七个 22 ?F 电容器，满足了客户对输出电压峰峰值的要求。
在低频噪声测量方面，客户应用对 10 Hz 至 1 MHz 频率范围内的噪声敏感，要求积分噪声低于 25 ?V rms。测试结果显示，设计的解决方案积分噪声为 22 ?V rms，低于要求，而竞品的积分噪声为 90 ?V rms。
当客户更新应用规格要求，提出在 10Hz 至 1 MHz 的频率范围内积分噪声为 20 ?V rms，且 VOUT 的负载瞬态容差要小于 35 mV p - p 时，通过重新定位 IBB 的 RHPZ，将电感器电感值降低至 1 ?H，开关频率提高到 3.3 MHz，成功提升了控制环路带宽。新设计在控制环路速度方面提升约 20%，输出电压峰峰值为 30 mV，积分噪声测量值为 18.9 ?V rms，满足了新规定。虽然满载效率为 89.5% 略低于 90% 的要求，但客户对结果表示满意。
综上所述，SS3 系列单芯片降压式稳压器可无缝转换为反相降压 - 升压式稳压器以产生负电压轨，其具备卓越的低频噪声性能、较高的控制环路速度和开关速度，是需要快速瞬态响应且对噪声敏感的负电压应用场景的理想解决方案。
原理图，SS3 作为–5 VOUT IBB 运行，具有 2.2 MHz FSW。
1.5 H 2.2 MHz 解决方案的效率曲线。
在 0.5 A/s 摆率下，0.5 A 至 1 A 负载阶跃的瞬态波形。
1.5 H 2.2 MHz 解决方案在 1 A 负载下的波特图。
在 1 A 负载下对 SS3 及其竞争力的竞品所做的低频性能比较。
1.0 H 3.3 MHz SS3 IBB 解决方案的原理图。
两种转换器设计方案在 1 A 负载下的波特图并排比较。
两种 SS3 解决方案及其竞争力的竞品在 1 A 负载下的低频性能比较。
1.5 H 与 1.0 H 解决方案的效率曲线比较。
