工頻變壓器中如何輸出正負(fù)電壓

隨著電子技術(shù)的提高，以及電子產(chǎn)品的發(fā)展，一些系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)需要負(fù)電壓為其供電。例如，在大功率變頻器，會(huì)使用負(fù)電壓為IGBT提供關(guān)斷負(fù)電壓;另外，在系統(tǒng)的運(yùn)算放大器中，也會(huì)使用正負(fù)對(duì)稱的偏置電壓為其供電。如何產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定可靠的負(fù)電壓已成為設(shè)計(jì)人員面臨的關(guān)鍵問題。

負(fù)電壓設(shè)計(jì)根據(jù)不同的負(fù)載電流有很多不同方案，以下是給出幾種目前市面比較常見的負(fù)壓方，可以根據(jù)不同用于場合使用合適的方案。

一、工頻變壓器輸出正負(fù)電壓

各位看到圖1的電路是否有很強(qiáng)的親切感，是否能想起大學(xué)時(shí)接觸電子設(shè)計(jì)時(shí)的情景?此經(jīng)典電路優(yōu)點(diǎn)比較明顯，電路結(jié)構(gòu)簡單、極低干擾噪聲、穩(wěn)定性好;同時(shí)此電路也有缺點(diǎn)，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(diǎn)明顯目前還有一些應(yīng)用采用此方案設(shè)計(jì)。此方案主要是利用變壓器產(chǎn)生負(fù)電壓在通過線性穩(wěn)壓器7905進(jìn)行穩(wěn)壓。

二、電源模塊輸出負(fù)電壓

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，這樣一來越來越有利于電源的模塊化發(fā)展。而且在設(shè)計(jì)上也能做到小型化，輕型化設(shè)計(jì)。

1、非隔離負(fù)壓輸出負(fù)電壓

如圖3所示，此電源模塊應(yīng)用與常用的LM7805類似，而且不需要安裝散熱片。如上圖，我們需要正負(fù)電壓給運(yùn)放等供電時(shí)，只需要兩個(gè)ZY78xxS-500電源即可實(shí)現(xiàn)。

2、隔離電源模塊輸出正負(fù)電壓

在電力、工業(yè)、通訊等對(duì)抗干擾性能要求較高的場合，一般需要對(duì)電源進(jìn)行隔離處理來隔離從總電源端的干擾。此種應(yīng)用時(shí)如果需要用到負(fù)電壓，可以直接采用隔離電源模塊直接輸出正負(fù)電壓給系統(tǒng)供電。

三、Buck-Boost拓?fù)湓O(shè)計(jì)輸出負(fù)電壓

除了采用隔離模塊方案，我們還可以選擇芯片自己設(shè)計(jì)負(fù)壓電路，此處我們介紹一下較容易設(shè)計(jì)的非隔離負(fù)壓輸出Buck-Boost電路。如圖6此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(jì)結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)不同輸出電流選擇合適型號(hào)。

從圖6的拓?fù)渲锌梢钥闯鲚斎腚妷号c輸出電壓極性是相反的，因此Buck-Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又簡稱為倒相拓?fù)?。圖7是采用MP2359DT設(shè)計(jì)的-15V電源電路，MP2359DT是采用SOT23-6的封裝，整個(gè)電路占用PCB面積較小。

負(fù)電壓設(shè)計(jì)方案多種多樣，哪一個(gè)方案適合你的設(shè)計(jì)，還是需要綜合考慮不同應(yīng)用、不同技術(shù)要求而定。

負(fù)電壓產(chǎn)生電路原理圖

我們經(jīng)常需要在電子電路中使用負(fù)電壓。例如，當(dāng)我們使用運(yùn)放時(shí)，我們經(jīng)常需要為其創(chuàng)建一個(gè)負(fù)電壓。這是他的電路從正 5V 電壓到負(fù) 5V 電壓的簡單說明。

當(dāng)我需要使用負(fù)電壓時(shí)，我通常會(huì)選擇使用特定的負(fù)電壓產(chǎn)生芯片，例如ICL7600、LT1054等，但這些芯片非常昂貴。哦，我?guī)缀跬耆雎粤? MC34063。使用最多的是這個(gè)芯片。我不會(huì)詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)表中有關(guān) 34063 負(fù)壓產(chǎn)生電路的信息。我們來看看單片電子電路中我們常用的兩種負(fù)壓發(fā)生電路。

目前許多單片機(jī)中都存在PWM輸出。當(dāng)我們使用單片機(jī)時(shí)，PWM常常失效。利用它來幫助制造負(fù)壓是一個(gè)明智的決定。

產(chǎn)生負(fù)電壓的最簡單電路之一是上面所示的電路。他使用的原件最少。這很容易做到;我們需要給他的只是一個(gè)大約 1 kHz 的方波。需要注意的是，該電路的發(fā)電負(fù)載能力很低，加上負(fù)載后的電壓降也相當(dāng)可觀。

負(fù)電壓產(chǎn)生電路分析

電壓是表示單位電荷在靜電場中由于各種電勢而產(chǎn)生的能量差的物理量。有時(shí)也稱為電勢差或電勢差。由于電場力，單位正電荷從 A 點(diǎn)移動(dòng)到 B 點(diǎn)所必須付出的努力決定了其大小，電壓的方向被描述為從高電勢移動(dòng)到低電勢。

簡單地解釋一下，電壓是相對(duì)于某個(gè)位置的參考點(diǎn)的電位差。E - E 參數(shù)等于 V。通常，我們使用電源的負(fù)極作為參考點(diǎn)。電源電壓為Vcc=E電源正-E電源負(fù)。

如果您想產(chǎn)生負(fù)電壓，只需讓它具有相對(duì)于電源負(fù)極較低的電勢即可。為了降低成本，必須使用另一個(gè)電源。基本思想是將兩個(gè)電源彼此串聯(lián)。參考電源1的負(fù)極與電源2的正極串聯(lián)。負(fù)電壓出現(xiàn)在電源 2 的負(fù)極端子處。

產(chǎn)生負(fù)電壓的電路：通過給電容器充電，相當(dāng)于創(chuàng)建了一個(gè)新的電源。一旦電容器與 GND 串聯(lián)，就可以與電源 2 相媲美。產(chǎn)生負(fù)電壓。

1、電容充電：充電電路為VCC-Q2-C1-D2-GND，當(dāng)PWM為低電平時(shí)，Q2導(dǎo)通，Q1截止，VCC通過Q2對(duì)C1充電。C1 上右為負(fù)，左為正。

2. 電容C1充電完成。

3、電容器C1的高電位極與參考點(diǎn)串聯(lián)。C1作為電源。C1 放電和 C2 續(xù)流產(chǎn)生負(fù)電壓。

當(dāng) PWM 為低電平時(shí)，Q2 關(guān)斷，Q1 導(dǎo)通，C1 開始放電。C1-C2-D1是放電回路，在這個(gè)操作過程中C2實(shí)際上是在充電。充滿電后，C2 底部為正極，頂部為負(fù)極。如果VCC電位為5:00伏，則可以輸出-5V電壓。

負(fù)電壓電源設(shè)計(jì)在電子設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本文將介紹負(fù)電壓電源設(shè)計(jì)的基本原理和方法，并探討其應(yīng)用方案。

一、負(fù)電壓電源設(shè)計(jì)原理

負(fù)電壓電源是一種能夠產(chǎn)生負(fù)電壓的電源，其基本原理是通過DC-DC轉(zhuǎn)換器或者電荷泵等電路將正電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)電壓。DC-DC轉(zhuǎn)換器是通過開關(guān)和儲(chǔ)能元件的組合來調(diào)節(jié)輸出電壓，而電荷泵則是通過電荷的積累和轉(zhuǎn)移來實(shí)現(xiàn)電壓的變換。

負(fù)電壓電源的設(shè)計(jì)需要考慮到電路的穩(wěn)定性、效率、噪聲等方面。在電路設(shè)計(jì)中，需要選擇合適的開關(guān)和儲(chǔ)能元件，以及合適的控制策略，以保證負(fù)電壓電源的穩(wěn)定性和效率。同時(shí)，還需要采取措施降低噪聲和干擾，以保證電源的穩(wěn)定性。

二、負(fù)電壓電源設(shè)計(jì)方法

負(fù)電壓電源的設(shè)計(jì)方法包括正負(fù)電壓轉(zhuǎn)換和單極型輸出兩種。正負(fù)電壓轉(zhuǎn)換是將正電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)電壓的方法，而單極型輸出則是輸出單一極性的電壓。

正負(fù)電壓轉(zhuǎn)換

正負(fù)電壓轉(zhuǎn)換是通過DC-DC轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)的。DC-DC轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)、儲(chǔ)能元件和控制電路等部分。通過控制開關(guān)的開閉和儲(chǔ)能元件的充放電，DC-DC轉(zhuǎn)換器可以將輸入的正電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)電壓。正負(fù)電壓轉(zhuǎn)換的方法具有較高的效率和穩(wěn)定性，但需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的電路和控制策略。

單極型輸出

單極型輸出是通過電荷泵來實(shí)現(xiàn)的。電荷泵包括多個(gè)電容和開關(guān)，通過控制開關(guān)的開閉和電容的充放電，電荷泵可以將輸入的正電壓轉(zhuǎn)換為單極性的輸出電壓。單極型輸出的方法具有簡單的電路結(jié)構(gòu)和較低的成本，但效率較低且輸出電壓范圍有限。