在现代电子设备的众多应用场景中，如电动汽车、大型储能电池组、家庭自动化、工业和电信电源等领域，都存在着将高电压转换为 ±12V 的需求，目的是为放大器、传感器、数据转换器和工业过程控制器等设备提供双极性电源轨。然而，这些系统面临的一项挑战是构建一个紧凑、高效的双极性稳压器，并且该稳压器需能够在 -40°C 至 +125°C 的工作温度范围内可靠运行，这在汽车和其他高环境温度应用中显得尤为关键。
线性稳压器作为一种常见的电源解决方案，通常会被列入双极性电源的备选清单之首。但它并不适用于上述高输入电压、低输出电压的应用场景。这主要是由于线性稳压器在高降压比的情况下，会产生大量的热量，影响其工作效率和稳定性。此外，传统的双极性解决方案至少需要两个集成电路，即一个正输出线性稳压器和一个负输出转换器，这无疑增加了系统的复杂性和成本。因此，使用单个开关稳压器从较高的输入产生两个输出的方案成为了更好的选择，这种方案不仅能够保证良好的效率和调节性能，还能适用于狭小的空间，有效降低成本。
本文将着重介绍两种精简电路，它们均采用了单个高电压 LT8315 转换器，能够在 30V 至 400V 的宽输入电压范围下产生 ±12V 输出。其中一个电路采用隔离型反激式拓扑，另一个则运用非隔离型降压拓扑。LT8315 自身是一款高电压单芯片转换器，它内置集成了 630V/300mA MOSFET、控制电路和高电压启动电路，并采用了耐热增强型 20 引脚 TSSOP 封装，为电路的稳定运行提供了坚实的基础。
无需光耦合器的隔离型双极性反激式稳压器
反激式转换器在多输出应用中被广泛采用，它具有提供电气隔离、改善安全性并增强抗扰性等优点。其输出电压的极性可以根据输出端的接地方式来确定，既可以为正，也可以为负。传统的反激式转换器通常使用光耦合器将信息从副边基准电压源电路传输至原边，以此来实现输出电压的调节。然而，光耦合器存在一些弊端，由于传播延迟、老化和增益变化等问题，会大大增加电路的复杂性，并降低系统的可靠性。而且，在传统设计中，连接至 IC 反馈引脚的输出在调节回路中占主导地位，而其他输出则通过变压器绕组进行松散控制，这往往导致这些输出的调节性能不佳。
而 LT8315 则无需使用光耦合器，它通过从电源变压器的第三绕组采样反激回来的隔离输出电压来实现电压调节。此外，该芯片在副边电流几乎为零时也能够检测到输出电压，从而实现出色的负载调整。在双输出设计中，这种特殊的检测方案允许对每个输出进行严密调节，两个输出都能在调节过程中发挥主导作用，因此典型的 ±5% 负载调节非常容易实现。
图 1 所示的 LT8315 解决方案在准谐振边界传导模式下工作。原边 MOSFET 具有很低的导通损耗，这是因为当开关节点振铃达到其谷值时，MOSFET 才会导通。同时，副边没有二极管反向恢复损耗，进一步提高了电路的效率。3kV 增强绝缘变压器是整个隔离栅上的组件，它不仅能够提升系统的可靠性，还能满足严格的高压电源隔离要求。图 2 展示了不同输入电压下的满载效率曲线，当输入为 70V 且两个负载电流均为 50mA 时，该反激式转换器可实现 85.3% 的峰值效率。
图 1. 一款用于 30V 至 400V 宽输入范围的完整 ±12V/50mA 隔离型反激式转换器
图 2. 图 1 所示反激式转换器的满载效率与输入电压的关系
采用双电感的非隔离型双极性降压稳压器
具备高电压输入能力，只需搭配现成的电感，就可以应用于非隔离型解决方案。图 3 展示了一款采用双电感的降压稳压器，该电路仅需几个组件就可以实现功能。该转换器可接受的输入电压范围很宽（-30V 至 400V），并能够产生 ±12V/30mA 的输出。当输入为 30V 时，该电路的两个输出在满载条件下均可实现高达 87% 的效率。
图 3. 使用单个 LT8315 IC 的非隔离型双电感降压转换器的原理图：从 30V 至 400V 输入转换至 ±12V 输出（每路 30mA）
在这种拓扑结构中，LT8315 的 GND 焊盘特意未接地，而是连接作为驱动两个输出的公共开关节点。在进行 PCB 布局时，应将 LT8315 的 GND 焊盘尺寸限制在裸露焊盘面积内，因为 GND 走线是该拓扑中噪声相对较高的开关节点，限制其尺寸可以减少对其他组件的电磁干扰。二极管 D2 与 FB 引脚上的两个 1% 电阻形成反馈路径，用于调节正输出电压。每当 MOSFET 导通时，为防止 FB 引脚放电，D2 是必不可少的。由于 D2 和 D3 的正向电压相等并且可以互相抵消，因此电阻分压器无需考虑 D2 的正向压降，反馈网络能够准确跟踪并严密调节正输出电压。
负轨部分包括低电压耦合电容 CFLY、第二电感 L2、环流二极管 D4 和负输出电容 CO2。根据 CO1 - L1 - CFLY - L2 电路回路的电感伏秒平衡原理，L1 和 L2 两端的平均电压为零，因此耦合电容 CFLY 的电压等于正输出电压。CFLY 在 MOSFET 导通期间为 L2 充电，而 D4 在 MOSFET 关断期间为 L2 提供放电路径。负输出电压基于 CFLY 电压（保持恒定并等于正输出电压）间接调节。如图 4 的调节曲线所示，当正输出电压负载为满载 30mA 时，对于不同的输入电压，负输出电压在 3mA 至 30mA 的负载范围内能够保持 ±5% 的调节率。
