单电源供电回路中获得正负电源.doc

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。