如何產生負電壓

如何產生負電壓?

 

1、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爲LCD模塊提供負偏壓。TTL-in接高電平,RS232-out串一個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,芯片的內部還包含了+5V及±10V的兩個電荷泵電壓轉換器。

    設計高壓電荷泵需要較多的開關,用分離元件實現起來就有點困難了,不如用電感來得簡單。一般地,1個三極管或MOSFET,1個比較器或通用運放(做PWM振盪),1個電感,1個肖基特二極管和若干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,就更簡單了。

 

2、反相器提供負壓

反相器的輸出接一個電容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方波,其幅值應該能使反相器正常工作,那麼在反相器的輸出端就出現一個相位相反的方波。電容C2上就會出現一個負電壓,理論上比電源電壓低0.7V,然後再穩壓到-5V。

 

3、負壓電源轉換器產生負壓

MAX749是一個專門用來產生負電壓的電源轉換器。 MAX749爲倒相式PFM開關穩壓,輸入電壓 +2V至 +6V,輸出電壓可達-100V以上,可通過內部的D/A轉換器進行調節,或者通過一個PWM信號或電位器進行調節。MAX749採用一種電流控制方法,既減小了靜態電流消耗,又提高了轉換效率。關斷方式下,靜態電流僅爲15mA。MAX749在關斷方式下仍保持DAC的設定值,從而簡化了軟件控制。

使用MAX749產生負壓時應注意外圍元件的選擇,這裏特別說明幾點:

1)      晶體管:可以用PNP晶體管或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。

2)      RSENSE:RSENSE是一個微阻值的檢測電阻,可以用一小段康銅絲代替,但不能直接用0Ω電阻短路。RSENSE的大小與輸出電流成反比關係,因此可根據電流需要確定RSENSE的最大值,但爲了保證轉換效率,不宜取得過小。一般在輸出電壓爲-24V的情況下,要求輸出電流爲0.5A左右時, 可取RSENSE =0.25Ω,輸出電流爲0.8A左右時,可取RSENSE =0.2Ω。

3)      RBASE :RBASE應足夠小以保證晶體管能處在飽和狀態,但RBASE太小又降低了轉換效率,通常在160Ω~470Ω之間取值。

4)      另外,電感L的感值在22~l00mH之間,通常取47mH,爲提高效率,電感的內阻要小,最好在300mΩ以下;二極管可用IN5817 ~ IN5822系列快恢復二極管;CCOMP取決於RFB及電路佈局,通常在100pF ~ l0nF之間取值。

 

4、專用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,採用AL柵 CMOS工藝設計。該芯片能將輸入範圍爲+1.5V至+10V的電壓轉換成相應的-1.5V至-10V的輸出,並且只需外接兩隻低損耗電容,無需電感。芯片的振盪器額定頻率爲10KHZ,應用於低輸入電流情況時,可於振盪器與地之間外接一電容,從而以低於10KHZ的振盪頻率正常工作。

ME7660轉換器的特點如下:

1)      轉換邏輯電源+5V爲±5V雙相電壓;

2)      輸入工作電壓範圍廣:1.5V~10V;

3)      電源轉換效率高:98%;

4)      低功耗:靜態電流爲90μA(輸入5V時)。

ME7660轉換器多用於LCD、接口轉換器及儀表等場合。

 

除上述方法之外,也可用一些輸出正電壓的DC/DC轉換器產生負壓,例如:降壓型開關穩壓器LM2596等,只需以GND爲參考鎖住反向調節器,在輸出參考等方面稍作改變就可以了。由於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(如光藕或三極管)。在此不再贅述。可參考相關器件的應用手冊

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