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[经验] 电路中产生负电压怎么办?别急!本文为你详细解答(附电路详细分析)

2019-8-15 10:22:05  929 电路设计 电路分析 电压
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电子电路中我们常常需要使用负的电压,比如说我们在使用运放的时候常常需要给他建立一个负的电压。下面就简单的以正5V电压到负电压5V为例说一下他的电路。
通常我需要使用负电压时一般会选择使用专用的负压产生芯片,但这些芯片都比较贵比如ICL7600,LT1054等等。哦差点忘了MC34063了这个芯片使用的最多了,关于34063的负压产生电路我这里不说了在datasheet中有的。下面请看我们在单片机电子电路中常用的两种负压产生电路。
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现在的单片机有很多都带有了PWM输出,我们在使用单片机的时候PWM很多时候是没有用到的用他辅助产生负压是不错的选择。
上面的电路是一个最简单的负压产生电路了。他使用的原件是最少的了我们只需要给他提供1kHZ左右的方波就可以了,相当的简单。这里需要注意这个电路的代负载能力是很弱的,同时在加上负载后电压的降落也比较大。
由于上面的原因产生了下面的这个电路:
4.jpg 负电压产生电路分析
电压的定义:电压(voltage),也称作电势差或电位差,是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功,电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。
说白了就是:某个点的电压就是相对于一个参考点的电势之间的差值。V某=E某-E参。一般我们把供电电源负极当作参考点。电源电压就是Vcc=E电源正-E电源负。
想产生负电压,就让他相对于电源负极的电势更低即可。要想更低,必须有另一个电源的介入,根本原理都是利用两个电源的串联。电源2正极串联在参考电源1的负极后。电源2负极就是负电压了。
4_jpg_thumb.jpg 一个负电压产生电路:利用电容充电等效出一个新电源,电容串联在GND后,等效为电源2。则产生负电压。
5.jpg
1、电容充电:当PWM为低电平时,Q2打开,Q1关闭,VCC通过Q2给C1充电,充电回路是VCC-Q2-C1-D2-GND。C1上左正右负。
8.jpg
2、电容C1充满电
9.jpg
3、电容C1作为电源,C1高电势极串联在参考点。C1放电,从C2续流,产生负电压。
当PWM为低电平时,Q2关闭,Q1打开,C1开始放电,放电回路是C1-C2-D1,这实际上也是对C2进行充电的过程。C2充好电后,下正上负,如果VCC的电势为5点几伏,就可以输出-5V的电压了。
10.jpg
产生负电压(-5V)的方案
11.jpg
7660和MAX232输出能力有限,做示波器带高速运放很吃力,所以魏坤也得用4片并联的方式扩流。
第一版是7660两片并联的。
用普通的DC/DC芯片都可以产生负电压,且电压精确度同正电压一样,驱动能力也很强,可以达到300mA以上。
一般的开关电源芯片都能产生负电压,实在不行用用开关电源输出的PWM去推电荷泵,也可以产生较大的电流,成本也很低,不知纹波要求多少,电荷泵用LC滤波之后纹波相当小的。7660是电荷泵所以电流很小。
整个示波器的设计数字电源的+5V和模拟电源的+5V是分开供电的,但是数字地和模拟地应该怎么处理呢?
数字地和模拟地是一定要连在一起的,不然电路没法工作。
数字部分的地返回电流不能流过模拟部分地,两个地应该在稳定的地参考点连在一起。
负电压的意义
1、人为规定。例如电话系统里是用-48V来供电的,这样可以避免电话线被电化学腐蚀。当然了,反着接电话也是可以工作的,无非是电压参考点变动而已。
2、通讯接口需要。例如RS232接口,就必须用到负电压。-3V~-15V表示1,+3~+15V表示0。这个是当初设计通讯接口时的协议,只能遵守咯。PS:MAX232之类的接口芯片自带电荷泵,可以自己产生负电压。
3、为(非轨到轨)运放提供电源轨。老式的运放是没有轨到轨输入/输出能力的,例如OP07,输入电压范围总是比电源电压范围分别小1V,输出分别小2V。这样如果VEE用0V,那么输入端电压必须超过1V,输出电压不会低于2V。这样的话可能会不满足某些电路的设计要求。为了能在接近0V的输入/输出条件下工作,就需要给运放提供负电压,例如-5V,这样才能使运放在0V附近正常工作。不过随着轨到轨运放的普及,这种情况也越来越少见了。
4、这个比较有中国特色,自毁电路。一般来说芯片内部的保护电路对于负电压是不设防的,所以只要有电流稍大,电压不用很高的负电压加到芯片上,就能成功摧毁芯片。
PADS菜鸟求指点 2019-8-15 11:24:55
意思是这个意思,有一点不太理解的是GND接在电容C1高电势端,电容有电会不会直接通过地释放了,或者说外部电路引入端是那几根线。电源正电源负吗?
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王栋春 2019-8-15 11:37:30
关键是要看0点的定义
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lm12041204a 2019-10-23 11:02:19
感谢楼主分享!
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