單片機中常用的負電壓如何產生？原理分析

在電子電路中我們常常需要使用負電壓，比如說我們在使用運放的時候需要建立一個負電壓。下面就簡單的以正5V電壓到負5V電壓為例，說一下它的電路。

通常需要使用負電壓時一般會選擇專用的負壓產生芯片，但這些芯片都比較貴，比如ICL7600，LT1054等。差點忘了MC34063了，這個芯片使用的最多了，關于34063的負壓產生電路這里不說了，在datasheet中有的。下面請看我們在單片機電子電路中常用的兩種負電壓產生電路。

現(xiàn)在的單片機有很多都帶有了PWM輸出，在使用單片機的時候PWM很多時候是沒有用到的，用它輔助產生負壓是不錯的選擇。

上面的電路是一個最簡單的負壓產生電路了。使用的原件是最少的了，只需要給它提供1kHz左右的方波就可以了，相當簡單。這里需要注意這個電路的帶負載能力是很弱的，同時在加上負載后電壓的降落也比較大。

由于上面的原因產生了下面的這個電路：

負電壓產生電路分析

電壓的定義：電壓（voltage），也稱作電勢差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產生的能量差的物理量。其大小等于單位正電荷因受電場力作用從A點移動到B點所做的功，電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。

說白了就是：某個點的電壓就是相對于一個參考點的電勢之間的差值。V某=E某-E參。一般把供電電源負極當作參考點。電源電壓就是Vcc=E電源正-E電源負。

想產生負電壓，就讓它相對于電源負極的電勢更低即可。要想更低，必須有另一個電源的介入，根本原理都是利用兩個電源的串聯(lián)。電源2正極串聯(lián)在參考電源1的負極后，電源2負極就是負電壓了。

一個負電壓產生電路：利用電容充電等效出一個新電源，電容串聯(lián)在GND后，等效為電源2，則產生負電壓。

1）電容充電：當PWM為低電平時，Q2打開，Q1關閉，VCC通過Q2給C1充電，充電回路是VCC-Q2-C1-D2-GND，C1上左正右負。

2）電容C1充滿電。

3）電容C1作為電源，C1高電勢極串聯(lián)在參考點。C1放電，從C2續(xù)流，產生負電壓。

當PWM為低電平時，Q2關閉，Q1打開，C1開始放電，放電回路是C1-C2-D1，這實際上也是對C2進行充電的過程。C2充好電后，下正上負，如果VCC的電勢為5點幾伏，就可以輸出-5V的電壓了。

負電壓(-5V)方案示例

7660和MAX232輸出能力有限，做示波器帶高速運放很吃力，所以也得用4片并聯(lián)的方式擴流。

第一版是7660兩片并聯(lián)的。

用普通的DC/DC芯片都可以產生負電壓，且電壓精確度同正電壓一樣，驅動能力也很強，可以達到300mA以上。

一般的開關電源芯片都能產生負電壓，實在不行用開關電源輸出的PWM去推電荷泵，也可以產生較大的電流，成本也很低，不知紋波要求多少，電荷泵用LC濾波之后紋波相當小的。7660是電荷泵，所以電流很小。

整個示波器的設計，數(shù)字電源的+5V和模擬電源的+5V是分開供電的，但是數(shù)字地和模擬地應該怎么處理呢？

數(shù)字地和模擬地是一定要連在一起的，不然電路沒法工作。

數(shù)字部分的地返回電流不能流過模擬部分地，兩個地應該在穩(wěn)定的地參考點連在一起。

負電壓的意義

1）人為規(guī)定。例如電話系統(tǒng)里是用-48V來供電的，這樣可以避免電話線被電化學腐蝕。當然了，反著接電話也是可以工作的，無非是電壓參考點變動而已。

2）通訊接口需要。例如RS232接口，就必須用到負電壓。-3V～-15V表示1，+3～+15V表示0。這個是當初設計通訊接口時的協(xié)議，只能遵守咯。PS:MAX232之類的接口芯片自帶電荷泵，可以自己產生負電壓。

3）為（非軌到軌）運放提供電源軌。老式的運放是沒有軌到軌輸入/輸出能力的，例如OP07，輸入電壓范圍總是比電源電壓范圍分別小1V，輸出分別小2V。這樣如果VEE用0V，那么輸入端電壓必須超過1V，輸出電壓不會低于2V。這樣的話可能會不滿足某些電路的設計要求。為了能在接近0V的輸入/輸出條件下工作，就需要給運放提供負電壓，例如-5V，這樣才能使運放在0V附近正常工作。不過隨著軌到軌運放的普及，這種情況也越來越少見了。

4）這個比較有中國特色，自毀電路。一般來說芯片內部的保護電路對于負電壓是不設防的，所以只要有電流稍大，電壓不用很高的負電壓加到芯片上，就能成功摧毀芯片。

-END-

|?整理文章為傳播相關技術，版權歸原作者所有?|

|?如有侵權，請聯(lián)系刪除?|

【1】成功設計符合EMC/EMI 要求的十個技巧

【2】超詳細講解！用PCB分層堆疊控制EMI輻射

【3】開關電源的PCB布線設計技巧——降低EMI

【4】再談經(jīng)典問題：到底怎么區(qū)分EMI、EMS、EMC？

【5】EMI、PFC、拓撲……那你知道這些東西的實物長什么樣嗎？

---