工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用中的許多模擬功能，如放大器，傳感器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和其他此類電路，需要正負(fù)電源電壓才能工作。通常，這種電路需要±5 V，±12 V，±15 V或更高的電壓。然而，雖然正電壓在典型的印刷電路板（PCB）上是常見的，但是當(dāng)所需的功率大于1W并且必須隔離電源時，產(chǎn)生負(fù)電壓變得具有挑戰(zhàn)性。

為簡化此類任務(wù)，德州儀器（TI），Maxim Integrated Products和Linear Technology等半導(dǎo)體供應(yīng)商已使用各自的轉(zhuǎn)換器芯片或模塊生成設(shè)計。德州儀器公司產(chǎn)品營銷經(jīng)理Rich Nowakowski撰寫的應(yīng)用筆記中介紹了一種這樣的電路。它描述了從單個集成的寬輸入降壓轉(zhuǎn)換器（如公司的TPS54060）生成分離軌電源的技術(shù)。 ，這是一款60 V，0.5 A降壓穩(wěn)壓器，集成了高端MOSFET。對于具有雙隔離輸出電壓的更高輸出電流，TI采用公司的fly-buck DC/DC轉(zhuǎn)換器TPS55010和現(xiàn)成的變壓器提供分離軌解決方案。包括高側(cè)和低側(cè)FET的半橋功率級集成在同一封裝中。

圖1顯示了使用反相降壓 - 升壓拓?fù)浜妥儔浩?a href="http://m.xsypw.cn/tags/耦合/" target="_blank">耦合分離軌設(shè)計產(chǎn)生正輸出電壓和負(fù)輸出電壓的電路。該設(shè)計采用降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器TPS54060A實(shí)現(xiàn)，該轉(zhuǎn)換器采用60 V，0.5 A降壓穩(wěn)壓器，集成了高端MOSFET。除了產(chǎn)生分壓之外，DC/DC轉(zhuǎn)換器還配置為調(diào)節(jié)正電壓并使用次級繞組來調(diào)節(jié)負(fù)輸出。

圖1：使用降壓穩(wěn)壓器TPS54060的變壓器耦合分離軌設(shè)計。

降壓轉(zhuǎn)換器TPS54060的接地引腳連接到負(fù)輸出VONEG，輸出電容的正極引線接地。通過選擇電阻分壓器R1和R2的值來調(diào)節(jié)輸出電壓VONEG。變壓器的初級側(cè)輸出電壓反射到次級側(cè)。因為初級和次級繞組的極性相反，所以從初級側(cè)負(fù)電壓產(chǎn)生正的次級側(cè)電壓。

使用該電路，設(shè)計人員可在高達(dá)100 mA的電流下產(chǎn)生±18 V電壓。用于計算本設(shè)計中使用的元件值的公式在應(yīng)用筆記SLVA369A中給出。2可以通過改變轉(zhuǎn)換器電阻分壓器的值來產(chǎn)生其他輸出電壓。設(shè)計實(shí)例為正負(fù)輸出電壓提供高達(dá)100 mA的電流。

有幾家制造商提供各種標(biāo)準(zhǔn)值，飽和電流和尺寸的現(xiàn)成耦合電感器。該轉(zhuǎn)換器使用外部補(bǔ)償進(jìn)行穩(wěn)定性優(yōu)化，并使用集成功率MOSFET來減少部件總數(shù)。除了電感和DC/DC轉(zhuǎn)換器，其他主要外部元件是兩個功率二極管，以及陶瓷輸入和輸出電容。其余組件是配置DC/DC轉(zhuǎn)換器的小電阻器和電容器。該解決方案不提供輸入和輸出之間的隔離。

隔離式分離軌電壓

對于需要隔離式分離軌電壓的應(yīng)用，Nowakowski提供了一種采用飛降降壓轉(zhuǎn)換器的電路，這是一種反激式拓?fù)涞淖凅w，并集成了一個高低功率級側(cè)功率MOSFET。更重要的是，變壓器驅(qū)動提供隔離的雙輸出電壓。如圖2所示，使用具有2μH變壓器的飛降降壓轉(zhuǎn)換器TPS55010產(chǎn)生正輸出和負(fù)輸出，使用1：8：8匝數(shù)比，在40 mA時提供±15 V輸出，每個輸出電壓為5 V輸入源。兩個輸出的調(diào)節(jié)精度主要取決于變壓器，低側(cè)MOSFET和二極管損耗。因此，輸出電壓降隨著輸出電流的增加而增加，這傾向于限制給定輸出電壓的最大輸出功率。

圖2：使用帶有多繞組變壓器的fly-buck轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生隔離的正負(fù)輸出電壓。

fly-buck轉(zhuǎn)換器的一個優(yōu)點(diǎn)是輸入和輸出通過變壓器的磁耦合隔離。此外，由于沒有光耦合器，因此使用了初級側(cè)反饋，因此節(jié)省了大量成本。此外，集成輸出功率級以消除外部功率MOSFET的使用。

初級側(cè)電容器上的電壓由控制器調(diào)節(jié)，該電壓通過變壓器反射到輸出端。 Fly-buck的輸出電壓由變壓器的匝數(shù)比和VSENSE引腳上的分壓電阻值決定，這為選擇輸出電壓提供了許多選擇。同樣，為了從+5 V輸入產(chǎn)生40 mA的隔離±12 V，凌力爾特公司推薦其LT3574，一種隔離式反激式轉(zhuǎn)換器。該器件直接從初級側(cè)反激波形檢測隔離輸出電壓，不需要光隔離器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

從電池產(chǎn)生±電壓

許多電池供電的產(chǎn)品，如手持式儀器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和面板儀表，3 V鋰電池需要±6 V，而模擬電路需要±10 V標(biāo)準(zhǔn)的+5 V邏輯電源。對于需要低電流的此類應(yīng)用，Maxim Integrated Products已準(zhǔn)備好單片CMOS雙電荷泵電壓轉(zhuǎn)換器，如MAX680/MAX681。如圖3所示，單片電壓轉(zhuǎn)換器提供正升壓電荷泵，從+ 5V輸入產(chǎn)生+10 V電壓，以及反相電荷泵，產(chǎn)生-10 V輸出。兩個器件都具有片內(nèi)8 kHz振蕩器。雖然MAX681的封裝內(nèi)部是電容，但MAX680需要四個外部電容才能從單電源產(chǎn)生正負(fù)電壓。在該示例中使用廉價的電解電容器。

圖3：單片電荷泵電壓轉(zhuǎn)換器MAX680僅需四個外部電容即可從單電源產(chǎn)生正負(fù)電壓。

輸出源阻抗通常為150Ω，可提供高達(dá)10 mA的有用輸出電流。低靜態(tài)電流和高效率使該器件適用于需要單電源產(chǎn)生正負(fù)電壓的各種應(yīng)用。

Maxim還推薦MAX865用于更喜歡以更高頻率切換的設(shè)計。該器件工作頻率范圍為200至400 kHz，采用較小的電容器。