負電源
假設我們擁有負電壓,我們要用它做什么呢?
負電壓最簡單與最基本的概念就是比 設定的 “地”電壓要低。負電壓,負電源也可以稱作負電源軌,它主要是應用在IC器件上面,這些IC器件包括最常見的運算放大器,電平轉換電路(RS232),以及MOSFET上面。對于運算放大器的IC器件存在單電源和雙電源區(qū)分,所謂單電源就是 運放的負電源供電電端直接接地,正電源供電端直接接正電壓;所謂雙電源就是采用負電壓接入運算放大器的負極供電端。雙電源與單電源供電比較而言,優(yōu)勢是,進行雙電源供電的運算放大器可以有更的輸出帶寬,減少失真(簡單解釋一下,以開環(huán)增益飽和的電路為例 Vout = (V+ - V_)*K K值很大,意味著輸出也很大,但是實際情況是受到供電電源的限制,也就是處于飽和狀態(tài)的運算放大器只會輸出供電電源的電壓值),如果是單電源只能是輸出正電壓部分,但是如果是雙電源就可以輸出正負電壓,對于AC信號的輸入,就無法完整的輸出這個AC信號; 同時采用雙電源可以使得運算放大器的靜態(tài)工作點為0,以此實現功耗的降低;對于RS232使用負電源主要在于協議規(guī)定(至于為什么這么規(guī)定,可以自行百度);
負電源對于電機控制的影響,我們知道給電機兩端提供正電壓,電機就會正方向轉動,同理,如果采用負電源供電就可以,實現電機的反向轉動,輔之相應的電壓幅度變化就可以實現電機速度的調整。
假設我們擁有負電壓,我們要用它改進什么呢?
我們在設計產品的時候功能是最簡單的一步,它雖然是主體,但是對于市場的競爭(同類產品)還在于細節(jié),和改進的小點。對于負電源與MOSFET組合,恰恰說明了這一點。對于器件的導通與截止,基本的正電源軌也可以做到,功能完全沒有問題,但是存在一個米勒效應,一些簡單的應用產品是完全不需要考慮的,但是如果你的產品恰巧卡在這個點上,那就很致命,你的產品會報出大量偶然的錯誤,所以負電源軌是你的不二選擇。
負電源軌的產品會減小電磁干擾,同時還可以使得產品減少電荷的聚集,以延長產品壽命。
知道了這么多,我們要怎么獲取負電源呢?
對于獲取負電源目前主要有以下幾類:
第一種,直接反接正電源的方式。比如一個正24V輸出的電源系統,可以將負載的負極接入電源的正極,另一端同理,就可以獲得-24V 的電源供電。但是局限是這個還是單電源。
第二種是目前最廣泛應用的方法就是采用負LDO進行設計,獲得雙電源系統。比如LTC3864,mAX5033.
第三種通過PWM進行導通和開關,這里簡述一個倍壓電路進行獲得負電源的方法(這個方法是參考了郭繼紅 -- 實現簡單實用發(fā)生器的一種方法)。簡述它的基本思路,通過單片機PWM引腳控制5V電源的導通與截止,在后續(xù)的倍壓電路里面形成負電源輸出
這里的接地標識可以理解為電勢為0。這種利用單片機實現負電源的方法,可以有效的降低采用負電源芯片的成本,且非常便利的在嵌入式電路中添加負電源,為運算放大器提供雙電源供電。
還有一種也同樣采用的是PWM的方式構建負電源,采用類似開關電源的設計方法,該方法與上面相比較,雖然繁瑣了一些,但是可以提供帶負載能力,輸出大電流,簡單電路拓撲圖圖如下:
關于負電源的其他方向
目前對負電源的研究,還有一個方向是-----負電源電壓的檢測。比如在音響電路中,利用負電源電壓檢測可以有效的保護揚聲器。