Come invertire le tensioni

I convertitori di potenza sono comunemente utilizzati per generare una tensione di alimentazione regolata per un circuito a partire da una linea di tensione esistente. Nella maggior parte delle applicazioni, una tensione viene ridotta con un regolatore switching buck. Talvolta, tuttavia, una tensione viene aumentata. Questo avviene spesso con un convertitore boost elevatore. Queste due topologie, buck e boost, sono utilizzate in molte applicazioni.
 
Tuttavia, talvolta è necessario invertire una tensione. Nella maggior parte dei casi, una tensione di alimentazione positiva deve essere convertita in una tensione negativa. Ciò è necessario per alimentare sensori nel percorso del segnale, in modo da poter elaborare un segnale con escursione di tensione positiva e negativa. Ad esempio, +5 V e –5 V vengono utilizzati come alimentazione per un op amp per elaborare una tensione di segnale. In alcune applicazioni sono necessarie tensioni negative per spegnere in sicurezza i gate dei MOSFET. Per generare una tensione negativa a partire da una tensione positiva esistente, è adatta una topologia invertente come mostrato in Figura 1. Una tensione positiva viene trasformata in una tensione negativa. Il circuito è semplice, non richiede un trasformatore e può essere realizzato con un IC regolatore buck switching standard. La tensione di uscita del regolatore buck è collegata alla massa del sistema e la tensione sul pin GND risulta in una tensione negativa, che può essere regolata con il partitore resistivo Rfb1 e Rfb2.

Oltre a questa applicazione, tuttavia, talvolta è necessario convertire una tensione negativa in una tensione positiva. Un’applicazione comune è nel campo delle telecomunicazioni, dove –48 V deve essere convertita in +48 V. Tuttavia, esistono anche applicazioni nel settore industriale. Esiste infatti una soluzione elegante per questo requisito che non richiede un trasformatore. La Figura 2 mostra un convertitore boost invertente, che genera una tensione positiva a partire da una tensione negativa. Questo non richiede un regolatore buck, ma un IC regolatore boost. Il livello di potenza deve essere progettato in modo tale che i rispettivi diodi di body degli interruttori conducano nella direzione corretta.

Per convertire in modo efficiente una tensione negativa in una tensione positiva e con molte funzionalità, sono necessari componenti aggiuntivi. Ad esempio, è richiesta una conversione di livello per diversi pin di impostazione, come una funzione di soft-start o una funzione di sincronizzazione del clock. L’intervallo di tensione ammesso su questi pin dipende dal pin GND dell’IC del regolatore switching, che è la tensione di ingresso negativa.

Per una commutazione affidabile, anche a potenze più elevate, un IC regolatore switching dedicato è adatto per conversioni di tensione da una tensione negativa a una positiva. Uno di questi IC è l LTC7899, un controller convertitore boost di alimentazione switching, progettato appositamente per convertire tensioni negative in tensioni positive. Utilizza switch esterni, funziona in modo sincrono e offre un intervallo di tensione molto ampio fino a 135 V tra ingresso e uscita. La Figura 3 mostra l'LTC7899 in un circuito invertente nel programma di simulazione LTspice^® con il quale è possibile simulare il circuito.
 
 
Conclusione
 
Le tensioni negative e positive possono essere facilmente invertite anche senza un trasformatore. Molte applicazioni richiedono tale inversione. Esistono soluzioni semplici e un'ampia selezione di IC convertitori di potenza adatti. Tuttavia, per progettare un circuito ad alte prestazioni e facile da usare, sono adatti controller switching speciali, come l'LTC7899.