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正負電壓是根據(jù)參考零點(零電平,或者地)而定,最經(jīng)典的零電平是大地,也就是地球的地殼。但并不是所有的零電平就是大地,因為電路圖中的零電平實際上是由設(shè)計者自行設(shè)定的。電源是提供電動勢的裝置,它的正負極之間有一個電勢差,比如說5V的電源,它的正負極之間的電壓差就是5V,一般使用的時候,就把5V接到用電器的正極,負極接用電器負極,在分析的時候可以把負極視為參考的地,也就是參考零電平。這個時候,這個電源我們就把它叫作正電源,因為它的正極相對于地的電壓是5V。
如果是兩個完全一樣的5V電源串聯(lián)(類似手電筒里面兩節(jié)串聯(lián)電池),在兩個電源連接點上引出一根線,把這根線的電壓認為是0,這時候串聯(lián)電源的正極端電壓是5V,而負極端相對于那個0電壓就是-5V,負電源就是這樣誕生的。
有些芯片需要正負電源同時提供才能正常工作,最典型的就是雙電源供電的運算放大器,我們有時候需要得到一個正弦波,要求這個正弦波是在零電壓上下不斷變化(即中點是0V),這個時候就必須用到正負電源了。如何產(chǎn)生一個穩(wěn)定可靠的負電壓已成為設(shè)計人員面臨的關(guān)鍵問題,負電壓設(shè)計根據(jù)不同的負載電流有很多不同方案,下面淺談下比較常見的負電壓設(shè)計方案。
1、工頻變壓器輸出正負電壓方案
該電路優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單、極低干擾噪聲、穩(wěn)定性好。缺點是輸入交流電范圍窄(一般是220VAC±5%),體積重量大。雖然此電路缺點明顯,目前還是有一些應(yīng)用采用此方案設(shè)計。此方案主要是利用變壓器產(chǎn)生負電壓再通過線性穩(wěn)壓器7905進行穩(wěn)壓。
2、電源模塊輸出負電壓方案
由于電子元件制造工藝技術(shù)越來越好,能量損耗越來越低,有利于電源模塊化發(fā)展。而且在設(shè)計上也能做到小型化,輕量化設(shè)計。
可以采用有負電壓輸出的非隔離電源模塊,按正輸出與負輸出接法,實現(xiàn)負電壓輸出。在電力、工業(yè)、通訊等對抗干擾性能要求較高的場合,一般需要對電源進行隔離處理來隔離從總電源端的干擾。此種應(yīng)用時如果需要用到負電壓,可以直接采用隔離電源模塊直接輸出正負電壓給系統(tǒng)供電。
3、Buck-Boost拓撲設(shè)計輸出負電壓方案
除了采用隔離電源模塊方案,我們還可以選擇芯片自己設(shè)計負壓電路,下面介紹下比較容易設(shè)計的非隔離負電壓輸出Buck-Boost電路。只需要主控芯片、電感、電容等芯片,目前MPS的DC-DC電源芯片都支持Buck-Boost的設(shè)計結(jié)構(gòu),可以根據(jù)不同輸出電流選擇合適型號。如下圖所示:
從圖中的拓撲可以看出輸入電壓與輸出電壓極性是相反的,因此Buck-Boost拓撲結(jié)構(gòu)又簡稱為倒相拓撲。
上圖是采用MP2359DT設(shè)計的-15V電源電路,MP2359DT是采用SOT23-6的封裝,整個電路占用PCB面積較小。
負電壓輸出電源電路設(shè)計方案多種多樣,哪一個方案適合你的設(shè)計,還需要綜合考慮不同應(yīng)用、不同產(chǎn)品要求而決定。