如何做一个简单的负电源?

 作者:UPS电源    |      2022-11-07 00:28    |    标签: 如何 一个 简单 电源 电子电路 中若

  电子电路中若需要负电源,一般可以采用专用的负电源稳压IC来产生,这类负的稳压IC常用的有79xx系列的固定稳压IC及LM337可调稳压IC。前者的输出电压有-5V、-6V、-9V、-12V及-24V等几种,后者的输出电压可以在-1.25~-37V之间连续可调。由于提问者未说需要几伏的负电源,这里介绍一下LM337构成的负可调稳压电源。

  ▲ LM337构成的-1.25V~-30V可调稳压电源。

  LM337是一款负的三端可调线性稳压电源IC,其最高输入电压为-40V,输出电压可在-1.25~-37V连续可调,最大输出电流为1.5A,最小工作压差为3V。本电路的输出电压由电阻R和RP决定,其计算公式为Vout=-1.25(1+RP∕R)。电阻R一般选用120Ω或240Ω的金属膜电阻,RP一般选用线性电位器(最好采用多圈电位器,这样调节输出电压更方便)。当R和RP采用图示数值时,输出电压范围为-1.25~-30V。调节RP即可获得所需的电压。

  图中的二极管VD1和VD2为保护二极管,可以防止LM337外围所接的滤波电容通过其内部电路放电损坏IC。这两个二极管一般选用1N4007即可。

  ▲ TO-220封装的LM337.

  上图为TO-220封装的LM337的外形,其①脚为调整端,②脚为输入端,③脚为输出端。由于LM337为线性稳压IC,在输出电流较大并且工作压差较高时,为了避免IC过热,需要加一个面积合适的散热片。

  若提问者需要的是某个固定的负电压(譬如-15V),可以选用79xx系列的负稳压IC,这样电路更简单一些。

  若想了解更多的电子电路及元器件知识,请关注本头条号,谢谢。

  1、负电源:选取一个直流电源,把电源正极定义为零电位,即电源正极接入系统地,该电源通常被称为负电源。

  2、正负电源:选取两个直流电源E1和E2,E1的负极与E2的正极相联并且定义为零电位(接入系统地),该组电源通常被称为正负电源。

  3、三端集成稳压器:正电源78XX系列,负电源79XX系列。

  健哥首先把题主的题目作个分解,由于没有绝对的负电源,只有相对的负电压。所以健哥把题主的题目换个描述,如何做一个简单的可输出负电压的电源?

  然后健哥需要解释下,什么叫负电压,它是如何产生的?

  明白了负电压原理,我们才能进行设计、制作!

  那么,以自制负12V电压为例,按照负电压产生原理,最简单的方法有如下两种:

  方法1:自定义0V参考点

  如上图所示,把两个直流12V电池串联,并把两个电池当成是一个整电源,用电池1的负极连接电池2的正极,此时若设定电池2的负极为对地0V,那么这个整电源的输出电压为+24V。当把电池1的负极与电池2的正极相联处设定为对地0V,那么这个整电源就有两个输出电压,电池1输出为+12V,电池2输出为-12V。

  方法2:使电压与电流方向相反

  如上图所示,这种方法更简单,就是把直流12V电源的正负极反接,假如你的负载是需要-12V电压的设备,只需要把负载的接地端连在上述电源的正极,另一端与上述电源的负级就行了。这也就是为什么用万用表的直流电压档测量电源电压时,把正负表笔反接的话,万用表会显示负数的电压值的原因!

  以上两种方法希望能帮到题主,如果健哥有没表述清楚或有误的地方,欢迎关注并评论留言!

  既然要简单的,也没什么别的要求,那么我就送你一个最简单的:

  随手现画的不要在意细节

  图中有2只电池,将它两串联。这里假设一只电池标压为9V,那么正常串联情况下,测量+-两端电压得出9+9=18V。

  如果像图示中将两电池中间连接点视为地(地在电路中只是一个相对的概念,是个参考,并不指0V),那么测量+GND两端电压就为9V;测量GND-两端电压就为-9V

  这是一个有意思的问题。其他答主给出了各种用两节电池串联,两节电池的连接点作为参考信号来提供正负电源;用具有中间抽头的变压器来提供正负电源等等方案。这些都没什么好讲的了,这些情况的前提是你本身就有负电源。

  那么只有一个单路的DC电源怎么产生负电源呢?举个例子,有一个电源适配器,能够输出15V直流电压,连接到板子上。板子上有3.3V供电的单片机,这个很简单用一个LDO就能把15V转3.3V,或者用Bulk式开关电源降压到3.3V。但是在有单片机的同时还要给运放供电,而电路设计的时候希望给运放供电是正负电源供电,比如±12V电源,那怎么从一个15V电源转出一个±12V电源呢?方法还是有很多种的。

  如果只要求电源输出很小的电流,那么电荷泵稳压器是一个非常不错的方案。Charge pump电源也是一种开关电源。通常的开关电源需要用电感作为储能元件,而charge pump使用的是电容,而电容具有存储电荷的功能,所以叫它为电荷泵。我们可以在ADI的官网上找到这样的方案,如LTC3260

  图1 电荷泵LTC3260的典型应用

  图2 LTC3260的特性描述

  但电荷泵的缺点也很明显,通常输出电流都比较小

  我们都知道,开关电源除了有降压型的Bulk式开关电源,还有升压型的Boost式开关电源。那么用非隔离式的开关电源能否产生负压?答案是肯定的。有一种拓扑称为Bulk-boost,请看图3

  图3 Bulk-Boost式开关电源输出负压

  上图取自周立功的微信公众号,对此向贵司表示感谢。粗看起来这就是个Bulk拓扑,但输入端没有比地更低的电势,这个输出的负压是通过电感“举”下去的,因此叫Bulk-Boost拓扑。

  在芯片刚开始工作的时候,芯片GND的电位与输入电源的地是相等的(芯片GND与电源地通过R2、R3联系,但此时电阻上没有电流),电源工作像一个Bulk式。但随着电感给输出电容充电后,芯片GND脚的电压越来约低,直至达到与R2、R3设置的输出电压一致。

  图4 MP2359的绝对最大工作范围

  需要注意的是芯片的绝对最大工作范围是相对于芯片GND引脚的,如图4中所示,输入最大电压是26V。如果我们要求输入15V,输出-12V的负压,则pin脚IN到GND达到了27V,已经超出了而定的范围,因此特别要注意不要超过芯片的承受范围。当然,在MPS的管网上还可以找类似的芯片,电路图基本一样简单。

  当然还有其他的拓扑,比较复杂.如图5凌特的负压产生方案

  图5 凌特的负压产生方案

  该方案中,需要注意的是L1和L2有同名端的表示,因此L1和L2要耦合在一个磁芯上,有点类似与反激变压器。既然讲到反激变压器,那么反激式开关电源自然也能产生负压,实际上包括一切隔离式的开关电源都可以产生负压,包括正激。

  隔离式的开关电源最常见的是反激式开关电源。反激式开关电源省略了Bulk电感,可以降低成本。反激式可以有多路输出,可同时输出正负电源,但多路输出时只有一路是有稳压的负反馈的,这是一个缺陷。且如果是隔离式的,往往需要用到光耦。这里在图6中给出一个不需要光耦的,原边反馈式的隔离型flyback变换器

  图6 LT8302无光耦反激型隔离式变换器

  在图6所示的电路中,由于LT8302中没有给出直接输出正负电压的原理图。所以对图6作一个改动,Vout1-不再接到Vout2-,而是接在Vout2+作为输出电源的地,即可输出±12V。

  制作反激式开关电源还有一个更大的问题,反激变压器是没有通用信号可供选择的。凌特数据手册上提供的Wurth(伍尔特)的型号也只是凌特定制的。因此,使用该拓扑需要设计人员对反激变压器有一定了解,甚至能手工绕制变压器。

  在这种情况下可以使用电源模块,来实现傻瓜式设计。如金升阳的电源模块,其外形如图7所示

  图7 金升阳电源模块

  图8 金升阳电源模块选型

  条条大路通罗马,实现一个目的的方式往往有许多种。可以在成本、体积、指标等方面根据自己的需求来作出选择,总有一块适合你。要多开动你的小脑筋。