電子工業(yè)的應用如何產(chǎn)生負電壓？

從基于傳感器的設計到功率放大器，電子工業(yè)的許多應用都周期性地面臨著產(chǎn)生負電壓軌的要求。雖然已使用的許多基于變壓器的設計、充電泵等方法都能滿足這一特定要求，但降壓-升壓式(buck-boost) 逆變拓撲結(jié)構(gòu)設計簡單，同時節(jié)省了功率和占板空間。

在許多應用中，電力預算已然緊張，PCB面積常常受到限制，因為客戶在要求縮小方案大小的同時，需要在許多新產(chǎn)品中加入用電量高的功能。使用Buck-Boost逆變拓撲的電源器件可提供一個方案，因此對于系統(tǒng)設計人員非常有價值。

降壓穩(wěn)壓器可被重新配置為使用buck-boost逆變拓撲從正輸入電壓產(chǎn)生負輸出電壓。與降壓穩(wěn)壓器不同的是，buck-boost逆變在“關斷”時間內(nèi)通過輸出二極管傳輸能量到輸出端。因此，用戶必須記住，平均輸出電流總是小于平均電感電流。設計人員還必須注意，器件基準電壓不再是接地而是為負輸出電壓，這使得器件的有效輸入電壓為VIN+ |VOut|。

電信廠商傾向于采用兩級設計以產(chǎn)生負電壓軌用于氮化鎵(GaN)功率放大器(PA)驅(qū)動器。第一級將輸入電壓(通常為48-65V)降至12V，然后是產(chǎn)生-6.5V的第二級。通過使用如安森美半導體的NCP4060A這樣的器件，設計人員可將其合并成一級，將高輸入電壓轉(zhuǎn)化為負輸出電壓，同時保持高能效，并提供方案用于空間受限的應用。

我們知道對于非隔離式開關電源拓撲結(jié)構(gòu)主要有六種，這六種分別是：降壓變換器(BUCK)、升壓變換器(BOOST)、升降壓變換器(BUCK-BOOST)、Zeta變換器、Cuk變換器以及Sepic變換器。其中：BUCK變換器和BOOST變換器是最基本的拓撲結(jié)構(gòu)，其他四種都是從這兩種衍生出來的，如果要實現(xiàn)負電源輸出，對于Buck---Boost變換器可以實現(xiàn)，它是一種降壓或升壓電路，輸出電壓比輸出電壓比輸入電壓大或者小、但是極性相反的電路拓撲結(jié)構(gòu)。最近群友討論如何用buck改buck-boost拓撲輸出負壓，于是我也做了一塊小板，并也驗證成功了，可以正常 輸出3.3V和-3.3V 。只需要VCC和GND兩根線供電就可以了， 原理圖如下，供各位同好參考 ：

正壓3.3V輸出部分如下：

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負壓-3.3V輸出部分和正壓基本相同，只需要稍作改動，如下所示：

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總體來說還是很順利的，周五嘉立創(chuàng)，昨天周二就拿到了驗證板，加上手頭有的一些物料，之前剩余的MP2225和一些阻容電感，很快就焊好了，也是很順利，焊完上電也沒有冒煙。

然后注意就是，如果Buck改buck-boost拓撲輸出負壓的話， 輸入電容要接到GND，盡量不要接到負壓輸出。這個之前的推文里有所提及。

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然后還有一點就是 電壓輸入范圍會相應發(fā)生變化 ，例如MP2225的最大輸入電壓為18V，但是改為buck-boost拓撲后最大輸入電壓只能為18-3.3=14.7V。這一點要額外注意。下圖是之前文檔里截取的。

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然后， 不推薦用這種buck-boost拓撲輸出負壓來給運算放大器供電負壓，因為這種開關電源的紋波一般是比較大的，而且紋波的頻率相對也是比較高的，有的運算放大器的PSRR比較弱的話，可能會對運算放大器的輸出端造成影響。

最后，個人并不是很推薦這種Buck改buck-boost拓撲，因為這樣改了之后感覺很多參數(shù)會不太清楚，就像最大輸出電流是多少呢?欠壓保護點是多少呢?感覺是會發(fā)生一些改變，就像TI文檔里寫的一樣，Buck改Buck-boost后的最大輸出電流會減少，輸出能力不會和Buck一樣。

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建議還是使用 專門的Buck-boost拓撲的芯片 ，這些輸出電流等參數(shù)更加明朗一些。如 TPS63710 、 LMR70503 等，或者也可以用電荷泵芯片，像之前提到的圣邦微的SGM320等也可以輸出負壓。