產(chan) 生負電壓有哪些途徑？一分鍾幫你掃盲！
本文來源：EDN電子技術設計
1、如何理解負電壓？
從(cong) 概念上講，負電壓是一個(ge) 物理學名詞，電壓的大小是相對於(yu) 選擇的參考而言的，當實際電壓低於(yu) 比較電壓時，電壓值為(wei) 負。
說白了就是根據所選擇的參考點，把電壓分為(wei) 正電壓和負電壓。通常情況下會(hui) 選擇大地作為(wei) 電壓的參考點，也就是所謂的零電位。高於(yu) 大地電位的是正電壓，反之就是負電壓。
當然，隨著電位參考點的變化，正負電壓的界定標準也會(hui) 相應變化。一般來說，正電壓的低電平端是零電位，也就是通常說的大地端；而負電壓則相反，大地端的零電位恰恰是負電壓的高電平端。
2、為(wei) 何選用負電壓？
隨著電子技術的提高以及電子產(chan) 品的發展，一些係統中經常會(hui) 需要負電壓為(wei) 其供電。但你知道為(wei) 什麽(me) 有些測試設備選用負電壓測試，而有些設備要選用負電壓供電嗎？
首先，使用負電壓測試原理或是負電壓供電，可以避免設備在測試或使用過程中因電子積聚而產(chan) 生大電流損壞測試設備和電子部件。
因為(wei) 電子是帶負電荷的，它會(hui) 向正電壓方向（高電位端）流動，電子的流動也就形成為(wei) 電流。使用負電壓時，過多的電子因為(wei) 負電荷的緣故，會(hui) 聚集到負電壓的高電平端，也就是設備電源的接地端，而不會(hui) 聚集在測試設備上。這樣一來，設備因電子聚集而產(chan) 生電流燒壞設備的機率就大大降低，設備的穩定性能就相應有所提高，設備的穩定性，直接決(jue) 定了測試係統的穩定性和測量的精確一致度。
其次，根據物理學上電磁場的特性，使用負電壓可以在一定程度上避免電磁方麵的幹擾，這對於(yu) 係統測試微安級或是更小級別的電信號時是有有益幫助的，能夠提高係統測試毫歐級的小電阻的精確度。而對於(yu) 使用負電壓供電的設備，則可以提高設備的抗電磁幹擾能力。
第三，根據電工學知識，我們(men) 知道，相較於(yu) 正電壓，負電壓對人體(ti) 和電子產(chan) 品的安全性能也好於(yu) 正電壓。
任何事物，都有其兩(liang) 麵性，我們(men) 並不能因為(wei) 它有某些方麵的優(you) 點，就說它是完美的，同樣的，負電壓也不例外。相較於(yu) 正電壓，負電壓的不足亦很明顯。
簡單來說，由於(yu) 我們(men) 現實中使用的電壓大多都是正電壓，這樣，產(chan) 生不同量級的正電壓，相對於(yu) 負電壓來說，則要容易的多，所花費的成本也要低的多。
3、如何產(chan) 生負電壓？
各位工程師在設計電路時，可能會(hui) 遇到需要負電壓供電的係統，比如使用負電壓為(wei) IGBT提供關(guan) 斷負電壓、運放係統中用正負對稱的偏置電壓供電。那麽(me) ，該如何產(chan) 生一個(ge) 穩定可靠的負電壓呢？以下這幾種方法僅(jin) 供參考：
一是，電荷泵提供負壓。TTL電平/232電平轉換芯片（如MAX232、MAX3391等）是最典型的電荷泵器件，可以輸出較低功率的負壓。但有些LCD要求-24V的負偏壓，則需要另外想辦法。可用一片max232為(wei) LCD模塊提供負偏壓。TTL-in接高電平，RS232-out串一個(ge) 10K的電位器接到LCM的VEE。這樣不但可以顯示，而且對比度也可調。 MAX232是＋5V供電的雙路RS-232驅動器，芯片的內(nei) 部還包含了+5V及±10V的兩(liang) 個(ge) 電荷泵電壓轉換器。
設計高壓電荷泵需要較多的開關(guan) ，用分離元件實現起來就有點困難了，不如用電感來得簡單。一般來說，1個(ge) 三極管或MOSFET，1個(ge) 比較器或通用運放（做PWM振蕩），1個(ge) 電感，1個(ge) 肖基特二極管和若幹阻容元件就可以搞定。如果你的MCU自身帶有PWM接口，且軟件允許的話，那就更簡單了。
二是，反相器提供負壓。反相器的輸出接一個(ge) 電容C1，C1的另一端接二極管D1的正極和二極管D2的負極，D1的負極接地，D2的負極接電容C2，C2的另一端接地。C2的容量要大於(yu) C1。
例如，C1用0.1μF，C2用 0.47μF，當然最佳數值可由試驗確定。反相器的輸入端加一個(ge) 方波，其幅值應該能使反相器正常工作，那麽(me) 在反相器的輸出端就出現一個(ge) 相位相反的方波。電容C2上就會(hui) 出現一個(ge) 負電壓，理論上比電源電壓低0.7V,然後再穩壓到-5V。
三是，負壓電源轉換器產(chan) 生負壓。MAX749是一個(ge) 專(zhuan) 門用來產(chan) 生負電壓的電源轉換器。 MAX749為(wei) 倒相式PFM開關(guan) 穩壓，輸入電壓+2V至+6V，輸出電壓可達-100V以上，可通過內(nei) 部的D/A轉換器進行調節，或者通過一個(ge) PWM信號或電位器進行調節。
MAX749采用一種電流控製方法，既減小了靜態電流消耗，又提高了轉換效率。關(guan) 斷方式下,靜態電流僅(jin) 為(wei) 15mA。MAX749在關(guan) 斷方式下仍保持DAC的設定值，從(cong) 而簡化了軟件控製。
使用MAX749產(chan) 生負壓時，應注意外圍元件的選擇，這裏特別說明幾點：
•晶體(ti) 管：可以用PNP晶體(ti) 管或P溝道MOSFET。前者經濟，使用簡單；後者能提供更大電流，且轉換效率較高，但往往需要較高的輸入電壓（通常要求 +5V或 +5V以上）。如使用2SC8550三極管，可以提供較大的輸出電流。
• RSENSE：RSENSE是一個(ge) 微阻值的檢測電阻，可以用一小段康銅絲(si) 代替，但不能直接用0Ω電阻短路。RSENSE的大小與(yu) 輸出電流成反比關(guan) 係，因此可根據電流需要確定RSENSE的最大值，但為(wei) 了保證轉換效率,不宜取得過小。一般在輸出電壓為(wei) -24V的情況下，要求輸出電流為(wei) 0.5A左右時, 可取RSENSE=0.25Ω，輸出電流為(wei) 0.8A左右時，可取RSENSE=0.2Ω。
•RBASE ：RBASE應足夠小以保證晶體(ti) 管能處在飽和狀態,但RBASE太小又降低了轉換效率,通常在160Ω~470Ω之間取值。
•另外，電感L的感值在22-l00mH之間，通常取47mH，為(wei) 提高效率，電感的內(nei) 阻要小，最好在300mΩ以下；二極管可用IN5817-IN5822係列快恢複二極管；CCOMP取決(jue) 於(yu) RFB及電路布局,通常在100pF-l0nF之間取值。
四是，專(zhuan) 用DC/DC電壓反轉器提供負壓。ME7660是一種DC/DC電荷泵電壓反轉器，采用AL柵 CMOS工藝設計。該芯片能將輸入範圍為(wei) +1.5V至+10V的電壓轉換成相應的-1.5V至-10V的輸出，並且隻需外接兩(liang) 隻低損耗電容,無需電感。芯片的振蕩器額定頻率為(wei) 10KHZ，應用於(yu) 低輸入電流情況時，可於(yu) 振蕩器與(yu) 地之間外接一電容，從(cong) 而以低於(yu) 10KHZ的振蕩頻率正常工作。
ME7660轉換器的特點如下：
•轉換邏輯電源+5V為(wei) ±5V雙相電壓；
•輸入工作電壓範圍廣：1.5V-10V；
•電源轉換效率高：98%;
•低功耗：靜態電流為(wei) 90μA（輸入5V時）；
• ME7660轉換器多用於(yu) LCD、接口轉換器及儀(yi) 表等場合。
五是，輸出正電壓的DC/DC轉換器產(chan) 生負壓。除了上述方法之外，也可用一些輸出正電壓的DC/DC轉換器產(chan) 生負壓，比如降壓型開關(guan) 穩壓器LM2596等，隻需以GND為(wei) 參考鎖住反向調節器，在輸出參考等方麵稍作改變就可以了。由於(yu) GND端不是接地而是接到負輸出電壓端上，所以需要相應的電平轉換裝置，比如光藕或三極管。
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