負(fù)電壓典型應(yīng)用

1、負(fù)電壓輸出電源設(shè)計(jì)及典型應(yīng)用方案分析作者：魏峰系統(tǒng)工程部BCD半導(dǎo)體隨著電子技術(shù)的提高，以及電子產(chǎn)品的發(fā)展，一些系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)需要負(fù)電壓為其供電。例如，在LCD背光 系統(tǒng)中，會(huì)使用負(fù)電壓為其提供門極驅(qū)動(dòng)和偏置電壓。另外，在系統(tǒng)的運(yùn)算放大器中，也經(jīng)常會(huì)使用正負(fù)對稱 的偏置電壓為其供電。如何產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定可靠的負(fù)電壓已成為設(shè)計(jì)人員面臨的關(guān)鍵問題。BCD公司開發(fā)出多款可實(shí)現(xiàn)負(fù)壓輸出的芯片，其中AP3012和AP3031是比較常用的兩款。AP3012和AP3031 均為電流型控制的PWM芯片，這兩款芯片將開關(guān)管及反饋網(wǎng)絡(luò)集成在芯片內(nèi)部，集成度較高，在一定程度上減 少了外圍器件、節(jié)約了系統(tǒng)成本并節(jié)省了使用空

2、間。此外，AP3031的帶載能力要比AP3012強(qiáng)，這兩款芯片不 同的帶載能力可滿足不同的應(yīng)用場合。AP3012實(shí)現(xiàn)正負(fù)電壓輸出的典型應(yīng)用方案基于AP3012的正負(fù)電壓方案在4.310寸的LCD顯示屏系統(tǒng)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。應(yīng)用電路圖如圖1所示。圖1、AP3012實(shí)現(xiàn)正負(fù)不對稱輸出的典型應(yīng)用方案。(print)在此應(yīng)用方案中，AP3012采用升壓電路結(jié)構(gòu)，為15V和-10V提供穩(wěn)定的5V的基準(zhǔn)電壓。而15V和-10V 是通過幾級電荷泵電路的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)。此方案可以通過調(diào)整電荷泵電路的級數(shù)來改變輸出電壓。結(jié)構(gòu)非常簡單 而且使用相當(dāng)靈活。由于AP3012的集成度較高(集成了開關(guān)管及反饋網(wǎng)絡(luò))的特點(diǎn)，減少

3、了系統(tǒng)的外圍器件數(shù)目，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。所以，AP3012的應(yīng)用方案為系統(tǒng)的成本和尺寸的控制方面都提供了很大的空間。AP3031實(shí)現(xiàn)負(fù)電壓輸出的典型應(yīng)用隨著系統(tǒng)應(yīng)用的不斷升級，系統(tǒng)所需的供電電流也不斷增加，例如，在數(shù)據(jù)采集等方面的系統(tǒng)應(yīng)用中，需 要為大量的運(yùn)算放大器提供正負(fù)的偏置電壓。這樣，就需要有著更大帶載能力的電源芯片為其供電。那么AP3031 就是一個(gè)很好的選擇。因?yàn)锳P3031有著較強(qiáng)的帶載能力，所以它被廣泛的應(yīng)用。由于AP3031經(jīng)常被應(yīng)用在工作電流較大的系統(tǒng)中。為了降低供電損耗，AP3031通常是提供單路的正或負(fù) 偏置電壓。圖2是使用AP3031實(shí)現(xiàn)-5V輸出的應(yīng)用電路。V

4、inVoutL1 220uHL2 22uHCL ,10uF3.6VCout10uF R1:孑 240KAS358VinVoutL1 220uHL2 22uHCL ,10uF3.6VCout10uF R1:孑 240KAS358-5V圖2、AP3031實(shí)現(xiàn)-5V輸出的典型應(yīng)用電路。（print）AP3031采用Cuk電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)負(fù)電壓輸出。圖6是Cuk電路的時(shí)序圖。iswitch連續(xù)模式switch+iVbeiL1iL2diodeVL1VL2Tiswitch連續(xù)模式switch+iVbeiL1iL2diodeVL1VL2Tn項(xiàng) Tdis斷續(xù)模式圖3、Cuk電路的時(shí)序圖。在 Cuk 電路中：Dut

5、y ccm V +yOUT IN這個(gè)表達(dá)式說明了 Cuk電路的輸入電壓不受輸出電壓的限制，既可以大于輸出電壓，也可以小于輸出電壓。 使得輸入電壓的范圍可以很寬。大大提高了電路應(yīng)用的靈活性。該方案的輸入電壓范圍較寬(3V16V)，輸出的帶 載能力可達(dá)300mA.值得注意的是要求較高，由于Cuk電路的結(jié)構(gòu)原因，決定了該電路在器件的耐壓方面要求較高，見下列表 達(dá)式：，廣 VIN + VOUTSwitchKn * outL = VIN + VOUT從上面的三個(gè)表達(dá)式可以看出，與Buck和Boost電路不同，Cuk電路工作時(shí)，開關(guān)管和二極管上所承受 的電壓，是輸入電壓和輸出電壓之和。所以在選擇開關(guān)管和二

6、極管時(shí)，輸入輸出電壓要同時(shí)兼顧。在反饋方面，由于輸出為負(fù)電壓，所以采用了反向放大器，將所采樣到的輸出的負(fù)電壓信號經(jīng)過反向后， 輸入到芯片的反饋端。VccVoVccVo圖4、反向放大器的結(jié)構(gòu)圖.反向放大器的傳遞函數(shù)：以=-生 匕R4Vo=-VsR3=R4=10K ,其它實(shí)現(xiàn)負(fù)電壓輸出芯片的典型應(yīng)用如果系統(tǒng)的輸入，輸出電壓較低，且輸入范圍不寬，那么，BCD的AP3406A也是很好的選擇。AP3406A的輸 入范圍是2.5V5.5V,最大輸出電流可達(dá)到800mA.由于AP3406A是一款電流型控制的PWM的同步整流芯片，所 以它可以實(shí)現(xiàn)較高的工作效率。AP3406A可以通過搭建Buck/Boost電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)負(fù)電壓輸出。圖5是AP3406A實(shí) 現(xiàn)負(fù)電壓輸出的典型應(yīng)用方案。圖5、AP3406A實(shí)現(xiàn)負(fù)電壓輸出的典型應(yīng)用圖。（print）onsons斷續(xù)模式斷續(xù)模式連續(xù)模式圖6、Buck/Boost電路的時(shí)序圖.VDuty = outBuck/Boost的占空比表達(dá)式:CCM V + Buck/Boost的占空比表達(dá)式:該應(yīng)用方案與AP3031的方案相比，結(jié)構(gòu)更為簡單，需要的器件更少（省去了一個(gè)電感和反向放大器），從 而更進(jìn)一步體現(xiàn)了使用的成本低，節(jié)約系統(tǒng)的空間的優(yōu)勢。另外，該電路的