产生负电压有哪些途径？一分钟帮你扫盲！

时间：2021-09-17 15:50:30

关键字：电压

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[导读]1、如何理解负电压？从概念上讲，负电压是一个物理学名词，电压的大小是相对于选择的参考而言的，当实际电压低于比较电压时，电压值为负。说白了就是根据所选择的参考点，把电压分为正电压和负电压。通常情况下会选择大地作为电压的参考点，也就是所谓的零电位。高于大地电位的是正电压，反之就是负...

1、如何理解负电压？

从概念上讲，负电压是一个物理学名词，电压的大小是相对于选择的参考而言的，当实际电压低于比较电压时，电压值为负。说白了就是根据所选择的参考点，把电压分为正电压和负电压。通常情况下会选择大地作为电压的参考点，也就是所谓的零电位。高于大地电位的是正电压，反之就是负电压。当然，随着电位参考点的变化，正负电压的界定标准也会相应变化。一般来说，正电压的低电平端是零电位，也就是通常说的大地端；而负电压则相反，大地端的零电位恰恰是负电压的高电平端。 2、为何选用负电压？

随着电子技术的提高以及电子产品的发展，一些系统中经常会需要负电压为其供电。但你知道为什么有些测试设备选用负电压测试，而有些设备要选用负电压供电吗？ 首先，使用负电压测试原理或是负电压供电，可以避免设备在测试或使用过程中因电子积聚而产生大电流损坏测试设备和电子部件。因为电子是带负电荷的，它会向正电压方向（高电位端）流动，电子的流动也就形成为电流。使用负电压时，过多的电子因为负电荷的缘故，会聚集到负电压的高电平端，也就是设备电源的接地端，而不会聚集在测试设备上。这样一来，设备因电子聚集而产生电流烧坏设备的机率就大大降低，设备的稳定性能就相应有所提高，设备的稳定性，直接决定了测试系统的稳定性和测量的精确一致度。 其次，根据物理学上电磁场的特性，使用负电压可以在一定程度上避免电磁方面的干扰，这对于系统测试微安级或是更小级别的电信号时是有有益帮助的，能够提高系统测试毫欧级的小电阻的精确度。而对于使用负电压供电的设备，则可以提高设备的抗电磁干扰能力。 第三，根据电工学知识，我们知道，相较于正电压，负电压对人体和电子产品的安全性能也好于正电压。任何事物，都有其两面性，我们并不能因为它有某些方面的优点，就说它是完美的，同样的，负电压也不例外。相较于正电压，负电压的不足亦很明显。 简单来说，由于我们现实中使用的电压大多都是正电压，这样，产生不同量级的正电压，相对于负电压来说，则要容易的多，所花费的成本也要低的多。 3、如何产生负电压？

各位工程师在设计电路时，可能会遇到需要负电压供电的系统，比如使用负电压为IGBT提供关断负电压、运放系统中用正负对称的偏置电压供电。那么，该如何产生一个稳定可靠的负电压呢？以下这几种方法仅供参考：
一是，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。一般来说，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，那就更简单了。 二是，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。 三是，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： •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。 • 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。 •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。 •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。 四是，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： •转换逻辑电源 5V为±5V双相电压；•输入工作电压范围广：1.5V-10V；•电源转换效率高：98%; •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。 五是，输出正电压的DC/DC转换器产生负压。除了上述方法之外，也可用一些输出正电压的DC/DC转换器产生负压，比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，比如光藕或三极管。 总而言之，负电压设计方案多种多样，哪一个方案更适合你的设计，还要综合考虑不同应用、不同技术要求而定。

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