降壓-升壓電路中電平轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵：高效產(chǎn)生負(fù)電壓的策略

在電子電路設(shè)計中，負(fù)電壓的生成是一個常見的需求，特別是在需要雙極性電源的場合。反相降壓-升壓電路是一種能夠從正電壓產(chǎn)生負(fù)電壓的有效方法，但在這種電路中，電平轉(zhuǎn)換成為一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。本文將深入探討為什么需要在降壓-升壓電路中進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

負(fù)電壓的概念與應(yīng)用

電壓的大小是相對于選擇的參考而言的。當(dāng)實(shí)際電壓低于比較電壓時，電壓值為負(fù)。負(fù)電壓在電子系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，例如在一些運(yùn)算放大器中，需要正負(fù)電源同時提供才能正常工作。此外，負(fù)電壓還可以為某些特殊電路提供低于參考地的偏置電壓，如射頻開關(guān)，或?yàn)槟承╇娐诽峁└蟮妮敵鲭妷簲[幅來提高動態(tài)范圍。

反相降壓-升壓電路的工作原理

反相降壓-升壓電路是一種基本開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)?，它只需要一個電感、兩個電容和兩個MOSFET開關(guān)。該電路能夠以地為基準(zhǔn)，從正電壓生成負(fù)電壓。例如，從+12V可以生成-8V，甚至-14V。然而，當(dāng)使用這種電路時，如果電源由主應(yīng)用電路控制或監(jiān)控，可能還需要電平轉(zhuǎn)換電路。

圖1.利用降壓開關(guān)穩(wěn)壓器生成負(fù)電壓的反相降壓-升壓拓?fù)?/span>

電平轉(zhuǎn)換的必要性

在反相降壓-升壓電路中，GND引腳連接到所產(chǎn)生的負(fù)電壓。這意味著開關(guān)穩(wěn)壓器IC上的所有引腳現(xiàn)在都以所生成的負(fù)電壓為基準(zhǔn)，而不是以系統(tǒng)地為基準(zhǔn)。因此，從系統(tǒng)到IC或從IC到系統(tǒng)的通信線路和連接需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以保障安全通信并防止損壞。

電平轉(zhuǎn)換的必要性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

電壓不匹配：當(dāng)系統(tǒng)地與IC的基準(zhǔn)電壓地(GND)之間存在電位差時，直接連接可能導(dǎo)致信號傳輸混亂或芯片損壞。因此，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以確保信號能夠正確傳輸。

保護(hù)電路：電平轉(zhuǎn)換電路能夠保護(hù)電路免受由于電壓不匹配引起的損壞。例如，當(dāng)開關(guān)穩(wěn)壓器IC使用電源管理總線(如PMBus?)等數(shù)字總線時，整個總線連接必須采用電平轉(zhuǎn)換或電氣隔離才能運(yùn)行。

提高系統(tǒng)穩(wěn)定性：通過電平轉(zhuǎn)換，可以確保系統(tǒng)在不同電壓水平之間穩(wěn)定工作，避免因電壓波動而引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定。

電平轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)

電平轉(zhuǎn)換電路的實(shí)現(xiàn)方式有多種，包括使用雙極性晶體管、電阻等元件組成的電路。這些電路需要占用一定的空間，并增加了電路的復(fù)雜性和成本。然而，專為反相電壓設(shè)計的開關(guān)穩(wěn)壓器IC(如MAX17579)可以免去對這種外部電路的使用需求，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)集成了電平轉(zhuǎn)換功能。

此外，仿真工具(如LTspice?或EE-SIM?)可以幫助用戶更好地了解反相拓?fù)渲械姆€(wěn)壓行為和潛在的電位差，并用于設(shè)計和優(yōu)化電平轉(zhuǎn)換電路。

結(jié)論

反相降壓-升壓電路在產(chǎn)生負(fù)電壓方面具有重要意義，但在這種電路中，電平轉(zhuǎn)換成為確保系統(tǒng)正常工作和保護(hù)電路免受損壞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過電平轉(zhuǎn)換，可以解決電壓不匹配問題，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，并保護(hù)電路免受損壞。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，專為反相電壓設(shè)計的開關(guān)穩(wěn)壓器IC將越來越廣泛地應(yīng)用于各種電子系統(tǒng)中，為電子工程師提供更加便捷、高效的解決方案。