負(fù)電壓產(chǎn)生電路分析

在電子電路中我們常常需要使用負(fù)電壓，比如說我們在使用運(yùn)放的時候常常需要建立一個負(fù)電壓。本文就簡單的以正5V電壓到負(fù)電壓5V為例說一下它的電路。

通常需要使用負(fù)電壓時一般會選擇使用專用的負(fù)壓產(chǎn)生芯片，但這些芯片都比較貴，比如ICL7600，LT1054等。差點(diǎn)忘了MC34063了，這個芯片使用的最多了，關(guān)于34063的負(fù)壓產(chǎn)生電路這里不說了，在datasheet中有的。下面請看我們在單片機(jī)電子電路中常用的兩種負(fù)電壓產(chǎn)生電路。

現(xiàn)在的單片機(jī)有很多都帶有了PWM輸出，在使用單片機(jī)的時候PWM很多時候是沒有用到的，用它輔助產(chǎn)生負(fù)壓是不錯的選擇。

上面的電路是一個最簡單的負(fù)壓產(chǎn)生電路了。使用的原件是最少的了，只需要給它提供1kHz左右的方波就可以了，相當(dāng)簡單。這里需要注意這個電路的帶負(fù)載能力是很弱的，同時在加上負(fù)載后電壓的降落也比較大。

由于上面的原因產(chǎn)生了下面的這個電路：

負(fù)電壓產(chǎn)生電路分析

電壓的定義：電壓（voltage），也稱作電勢差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產(chǎn)生的能量差的物理量。其大小等于單位正電荷因受電場力作用從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)所做的功，電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。

說白了就是：某個點(diǎn)的電壓就是相對于一個參考點(diǎn)的電勢之間的差值。V某=E某-E參。一般把供電電源負(fù)極當(dāng)作參考點(diǎn)。電源電壓就是Vcc=E電源正-E電源負(fù)。

想產(chǎn)生負(fù)電壓，就讓它相對于電源負(fù)極的電勢更低即可。要想更低，必須有另一個電源的介入，根本原理都是利用兩個電源的串聯(lián)。電源2正極串聯(lián)在參考電源1的負(fù)極后，電源2負(fù)極就是負(fù)電壓了。

一個負(fù)電壓產(chǎn)生電路：利用電容充電等效出一個新電源，電容串聯(lián)在GND后，等效為電源2，則產(chǎn)生負(fù)電壓。

1.電容充電：當(dāng)PWM為低電平時，Q2打開，Q1關(guān)閉，VCC通過Q2給C1充電，充電回路是VCC-Q2-C1-D2-GND，C1上左正右負(fù)。

2.電容C1充滿電。

3.電容C1作為電源，C1高電勢極串聯(lián)在參考點(diǎn)。C1放電，從C2續(xù)流，產(chǎn)生負(fù)電壓。

當(dāng)PWM為低電平時，Q2關(guān)閉，Q1打開，C1開始放電，放電回路是C1-C2-D1，這實(shí)際上也是對C2進(jìn)行充電的過程。C2充好電后，下正上負(fù)，如果VCC的電勢為5點(diǎn)幾伏，就可以輸出-5V的電壓了。

產(chǎn)生負(fù)電壓（-5V）的方案

7660和MAX232輸出能力有限，做示波器帶高速運(yùn)放很吃力，所以也得用4片并聯(lián)的方式擴(kuò)流。

第一版是7660兩片并聯(lián)的。

用普通的DC/DC芯片都可以產(chǎn)生負(fù)電壓，且電壓精確度同正電壓一樣，驅(qū)動能力也很強(qiáng)，可以達(dá)到300mA以上。

一般的開關(guān)電源芯片都能產(chǎn)生負(fù)電壓，實(shí)在不行用開關(guān)電源輸出的PWM去推電荷泵，也可以產(chǎn)生較大的電流，成本也很低，不知紋波要求多少，電荷泵用LC濾波之后紋波相當(dāng)小的。7660是電荷泵，所以電流很小。

整個示波器的設(shè)計，數(shù)字電源的+5V和模擬電源的+５V是分開供電的，但是數(shù)字地和模擬地應(yīng)該怎么處理呢？

數(shù)字地和模擬地是一定要連在一起的，不然電路沒法工作。

數(shù)字部分的地返回電流不能流過模擬部分地，兩個地應(yīng)該在穩(wěn)定的地參考點(diǎn)連在一起。

負(fù)電壓的意義

1.人為規(guī)定。例如電話系統(tǒng)里是用-48V來供電的，這樣可以避免電話線被電化學(xué)腐蝕。當(dāng)然了，反著接電話也是可以工作的，無非是電壓參考點(diǎn)變動而已。

2.通訊接口需要。例如RS232接口，就必須用到負(fù)電壓。-3V～-15V表示1，+3～+15V表示0。這個是當(dāng)初設(shè)計通訊接口時的協(xié)議，只能遵守咯。PS:MAX232之類的接口芯片自帶電荷泵，可以自己產(chǎn)生負(fù)電壓。

3.為（非軌到軌）運(yùn)放提供電源軌。老式的運(yùn)放是沒有軌到軌輸入/輸出能力的，例如OP07，輸入電壓范圍總是比電源電壓范圍分別小1V，輸出分別小2V。這樣如果VEE用0V，那么輸入端電壓必須超過1V，輸出電壓不會低于2V。這樣的話可能會不滿足某些電路的設(shè)計要求。為了能在接近0V的輸入/輸出條件下工作，就需要給運(yùn)放提供負(fù)電壓，例如-5V，這樣才能使運(yùn)放在0V附近正常工作。不過隨著軌到軌運(yùn)放的普及，這種情況也越來越少見了。

4.這個比較有中國特色，自毀電路。一般來說芯片內(nèi)部的保護(hù)電路對于負(fù)電壓是不設(shè)防的，所以只要有電流稍大，電壓不用很高的負(fù)電壓加到芯片上，就能成功摧毀芯片。