【电源小课堂】负压的产生方式

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负压的产生方式
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在实际的设计中,我们时常会遇到需要负压供电的场合。工程师朋友们一般用哪种方式来产生负压呢?

常见的负压产生方式有 Buck-Boost、隔离变压器、Charge Pump、Cuk 等,下面我们一一对其进行分析!

Buck-Boost
Buck-Boost 拓扑是使用非常广泛的拓扑,其方便之处在于使用一颗普通的 Buck 芯片,改变接法即可变成 Buck-Boost 的应用,是使用较多的负压产生方式,在运放供电等场合有广泛的应用。
具体原理可以查看: 每一种BUCK皆能分裂出BUCK-BOOST的人格


不过需要注意,在 Buck 改 Buck-Boost 的应用中,Vin+|Vo| 的值需要小于 Buck 芯片的推荐 Vin 耐压值;最大输出电流能力也需要打一定折扣,推荐最大输出电流能力变为原本的 Vin/(Vin+|Vo|)。并且将 Buck 改为 Buck-Boost 之后,原本 Buck 芯片的 GND 和系统 GND 将不再是同一个电位,因此要做使能控制需要额外的电路。

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隔离变压器
变压器通过磁耦合的方式产生隔离电压,这个隔离电压是相对电位差且与原边电路没有直接的连接,因此将输出端反接即为负压输出。


隔离变压器输出负压最常用的是反激拓扑,比较典型的应用是变压器中心抽头作为副边 GND,两个对称的绕组即可实现对称的正负压输出。常见于多电平桥臂 IGBT 驱动等场合。
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使用隔离变压器可提高电路的安全性,市面上也有较多成熟的方案,从小功率到大功率可以较好地覆盖。缺点是变压器的引入使得电路整体尺寸较大,且针对不同规格的输入输出等级,往往需要设计不同的变压器。

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Charge Pump
Charge Pump 即电荷泵,其利用电容储能来实现电压的转换,工作状态也分为两个过程。Q1 和 Q3 导通时,输入给电容 C1 充电;Q2 和 Q4 导通时,电容 C1 放电给输出提供能量。

Charge Pump 相比其他电源拓扑,省去了体积庞大的电感,其占板面积比较小,性价比比较高。常用于光模块、屏的负压偏置等场合。

更多 Charge Pump 的知识,可以查看:Charge Pump-不是所有的升压都是BOOST

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Cuk
对于 Cuk 电路大家可能比较陌生,不过如果你需要电流能力大同时输出纹波小的负压方案,Cuk 可能是你更好的选择。

由于 Cuk 电路的输出侧有电感 L2,其输出纹波相比负压的 Buck-Boost 等电路来说更小,且理论上来说不随输出负载的变化而变化。

但是 Cuk 电路的器件更多,这便导致了更高的占板面积及成本。且由于 Cuk 电路需要专门的芯片或者电路来进行输出电压的反馈调节,因此在市面上应用较少。

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总结一下 4 种负压产生方式的优缺点:


工程师朋友们,现在知道如何选取合适的负压方案了吗?欢迎大家持续关注 MPS 电源小课堂,学习更多干货知识。有任何问题,欢迎在评论区留言讨论~

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写的不错,学习了

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学习了!记录mark