单电源供电回路中获得正负电源

单电源供电回路中获得正负电源的特殊方图1所示极性变换电路的核心器件为普通的非门。由于输入端与输出端被短接在一起，故非门的输出电压与输入电压相等（Vi＝VO）；这样，非门被强制工作在转移特性曲线的中心点处，因此输出电压被限定为门电路的阈值电平，其大小等于电源电压的一半，如果我们将非门的输出端作为直流接地端，就可以把电源电压 VCC转换为±VCC/2的双电源电压；此时的非门起到了一个存储电流的稳压器的作用，电路的输出阻抗较低、因而输出电压也比较稳定。

图中的非门可以选用74HC00或CD4069等普通门电路，考虑到CMOS非门驱动负载的能力有限，因此最好将几个非门并联使用以提高其有效输出电流，图中的电容C1、C2起退耦作用，容量可适当地取大一些。

图2所示电路中的运放同相输入端接有对称的串联电阻分压器，而运放本身接为电压跟随器的形式；根据运放线性工作的特点不难看出：运放输出端与分压点间的电位严格相等。由于运放的输出端作接地处理，因此运放的供电电源VCC就被相应地分隔成了两组对称的正、负电源±VCC/2。

当运放的输出电流无法满足实际需求时，不能象门电路那样简单地并联使用；这时可以将通用型小功率运放换为输出电流较大的功放类运放器件，例如常见的TDA2030A。与图1类似，C1、C2同为退耦电容、加载运放同相输出端的电容C3起到了抑制干扰及滤波的作用对于大多数的OTL功放类器件而言，其内部一般都

设置了对称的偏置电路结构，这就使其输出端的直流电位近似为电源电压的一半；根据上述原理，我们完全可以利用集成功放将单电源转换成为大小相等的双极性正、负电源，具体电路如图3所示。

事实上，由于内容参数的离散性以及自举电路结构的影响，集成功放输出端的电压并不是绝对的VCC/2，从而造成正、负输出电压不平衡的现象。对此我们需要将一只10－100kΩ的电位器串联在正负电源之间，并把LM386第③脚输入端接到电位器的中间抽头，而第②脚保持悬空。对电路进行上述改进后，通过调节功放的直流输入电平，就可以在芯片的输出端得到大小非常紧接的正负电压值了。

1、电荷泵提供负压

TTL电平/232电平转换芯片(如,MAX232,MAX3391等)是最典型的电荷泵器件可以输出较低功率的负压.但有些LCD要求-24V的负偏压,则需要另外想办法.可用一片max232为LCD模块提供负偏压.TTL-in接高电平,RS232-out串一个10K的电位器接到LCM的VEE.这样不但可以显示, 而且对比度也可调. MAX232是+5V 供电的双路RS-232驱动器,芯片的内部还包含了+5V及±10V的两个电荷泵电压转换器.

设计高压电荷泵需要较多的开关,用分离元件实现起来就有点困难了,不如用电感来得简单.一般地,1个三极管或MOSFET,1个比较器或通用运放(做PWM振荡),1个电感,1个肖基特二极管和若干阻容元件就可以搞定.如果你的MCU自身带有PWM接口,且软件允许的话,就更简单了.

2、反相器提供负压

反相器的输出接一个电容C1,C1的另一端接二极管D1的正极和二极管D2的负极,D1的负极接地,D2的负极接电容C2,C2的另一端接地.C2的容量要大于C1.例如,C1用0.1μF,C2用 0.47μF,当然最佳数值可由试

验确定.反相器的输入端加一个方波,其幅值应该能使反相器正常工作,那么在反相器的输出端就出现一个相位相反的方波.电容C2上就会出现一个负电压,理论上比电源电压低0.7V,然后再稳压到-5V.

3、负压电源转换器产生负压

MAX749是一个专门用来产生负电压的电源转换器. MAX749为倒相式PFM开关稳压,输入电压 +2V至 +6V,输出电压可达-100V以上,可通过内部的D/A转换器进行调节,或者通过一个PWM信号或电位器进行调节.MAX749采用一种电流控制方法,既减小了静态电流消耗,又提高了转换效率.关断方式下,静态电流仅为15mA.MAX749在关断方式下仍保持DAC的设定值,从而简化了软件控制.

使用MAX749产生负压时应注意外围元件的选择,这里特别说明几点:

1) 晶体管:可以用PNP晶体管或P沟道MOSFET.前者经济,使用简单,后者能提供更大电流,且转换效率较高,但往往需要较高的输入电压(通常要求 +5V或 +5V以上).如使用2SC8550三极管,可以提供较大的

输出电流.

2) RSENSE:RSENSE是一个微阻值的检测电阻,可以用一小段康铜丝代替,但不能直接用0Ω电阻短路.RSENSE的大小与输出电流成反比关系,因此可根据电流需要确定RSENSE的最大值,但为了保证转换效率,不宜取得过小.一般在输出电压为-24V的情况下,要求输出电流为0.5A左右时, 可取RSENSE =0.25Ω,输出

电流为0.8A左右时,可取RSENSE =0.2Ω.

3) RBASE :RBASE应足够小以保证晶体管能处在饱和状态,但RBASE太小又降低了转换效率,通常在

160Ω~470Ω之间取值.

4) 另外,电感L的感值在22~l00mH之间,通常取47mH,为提高效率,电感的内阻要小,最好在300mΩ以下;二极管可用IN5817 ~ IN5822系列快恢复二极管;CCOMP取决于RFB及电路布局,通常在100pF ~ l0nF

之间取值.

4、专用DC/DC电压反转器提供负压

ME7660是一种DC/DC电荷泵电压反转器,采用AL栅 CMOS工艺设计.该芯片能将输入范围为+1.5V至+10V的电压转换成相应的-1.5V至-10V的输出,并且只需外接两只低损耗电容,无需电感.芯片的振荡器额定频率

为10KHZ,应用于低输入电流情况时,可于振荡器与地之间外接一电容,从而以低于10KHZ的振荡频率正常工

作.

ME7660转换器的特点如下:

1) 转换逻辑电源+5V为±5V双相电压;

2) 输入工作电压范围广:1.5V~10V;

3) 电源转换效率高:98%;

4) 低功耗:静态电流为90μA(输入5V时).

ME7660转换器多用于LCD、接口转换器及仪表等场合.

除上述方法之外,也可用一些输出正电压的DC/DC转换器产生负压,例如:降压型开关稳压器LM2596等,只需以GND为参考锁住反向调节器,在输出参考等方面稍作改变就可以了.由于GND端不是接地而是接到负输出电压端上,所以需要相应的电平转换装置(如光藕或三极管).在此不再赘述.可参考相关器件的应用手册