1、如何理解負電壓？

 

從概念上講
，負電壓是一個物理學名詞，電壓的大小是相對於選擇的參考而言的，當實際電壓低於比較電壓時，電壓值為負。

 

說(shuo)白(bai)了(le)就(jiu)是(shi)根(gen)據(ju)所(suo)選(xuan)擇(ze)的(de)參(can)考(kao)點(dian)
，把(ba)電(dian)壓(ya)分(fen)為(wei)正(zheng)電(dian)壓(ya)和(he)負(fu)電(dian)壓(ya)。通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)會(hui)選(xuan)擇(ze)大(da)地(di)作(zuo)為(wei)電(dian)壓(ya)的(de)參(can)考(kao)點(dian)
，也(ye)就(jiu)是(shi)所(suo)謂(wei)的(de)零(ling)電(dian)位(wei)。高(gao)於(yu)大(da)地(di)電(dian)位(wei)的(de)是(shi)正(zheng)電(dian)壓(ya)，反(fan)之(zhi)就(jiu)是(shi)負(fu)電(dian)壓(ya)。

 

當然，隨著電位參考點的變化，正負電壓的界定標準也會相應變化。一般來說，正電壓的低電平端是零電位
，也就是通常說的大地端
；而負電壓則相反，大地端的零電位恰恰是負電壓的高電平端。

 

2、為何選用負電壓？

 

suizhedianzijishudetigaoyijidianzichanpindefazhan，yixiexitongzhongjingchanghuixuyaofudianyaweiqigongdian。dannizhidaoweishenmeyouxieceshishebeixuanyongfudianyaceshi，eryouxieshebeiyaoxuanyongfudianyagongdianma？

 

首先，使用負電壓測試原理或是負電壓供電，可以避免設備在測試或使用過程中因電子積聚而產生大電流損壞測試設備和電子部件。

 

因為電子是帶負電荷的，它會向正電壓方向（高電位端）流liu動dong，電dian子zi的de流liu動dong也ye就jiu形xing成cheng為wei電dian流liu。使shi用yong負fu電dian壓ya時shi，過guo多duo的de電dian子zi因yin為wei負fu電dian荷he的de緣yuan故gu，會hui聚ju集ji到dao負fu電dian壓ya的de高gao電dian平ping端duan
，也ye就jiu是shi設she備bei電dian源yuan的de接jie地di端duan
，而er不bu會hui聚ju集ji在zai測ce試shi設she備bei上shang。這zhe樣yang一yi來lai，設she備bei因yin電dian子zi聚ju集ji而er產chan生sheng電dian流liu燒shao壞huai設she備bei的de機ji率lv就jiu大da大da降jiang低di，設she備bei的de穩wen定ding性xing能neng就jiu相xiang應ying有you所suo提ti高gao
，設she備bei的de穩wen定ding性xing，直zhi接jie決jue定ding了le測ce試shi係xi統tong的de穩wen定ding性xing和he測ce量liang的de精jing確que一yi致zhi度du。

 

其(qi)次(ci)，根(gen)據(ju)物(wu)理(li)學(xue)上(shang)電(dian)磁(ci)場(chang)的(de)特(te)性(xing)
，使(shi)用(yong)負(fu)電(dian)壓(ya)可(ke)以(yi)在(zai)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)上(shang)避(bi)免(mian)電(dian)磁(ci)方(fang)麵(mian)的(de)幹(gan)擾(rao)，這(zhe)對(dui)於(yu)係(xi)統(tong)測(ce)試(shi)微(wei)安(an)級(ji)或(huo)是(shi)更(geng)小(xiao)級(ji)別(bie)的(de)電(dian)信(xin)號(hao)時(shi)是(shi)有(you)有(you)益(yi)幫(bang)助(zhu)的(de)
，能(neng)夠(gou)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)測(ce)試(shi)毫(hao)歐(ou)級(ji)的(de)小(xiao)電(dian)阻(zu)的(de)精(jing)確(que)度(du)。而(er)對(dui)於(yu)使(shi)用(yong)負(fu)電(dian)壓(ya)供(gong)電(dian)的(de)設(she)備(bei)，則(ze)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)設(she)備(bei)的(de)抗(kang)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)。

 

第三，根據電工學知識
，我們知道，相較於正電壓
，負電壓對人體和電子產品的安全性能也好於正電壓。

 

任ren何he事shi物wu，都dou有you其qi兩liang麵mian性xing
，我wo們men並bing不bu能neng因yin為wei它ta有you某mou些xie方fang麵mian的de優you點dian
，就jiu說shuo它ta是shi完wan美mei的de
，同tong樣yang的de，負fu電dian壓ya也ye不bu例li外wai。相xiang較jiao於yu正zheng電dian壓ya，負fu電dian壓ya的de不bu足zu亦yi很hen明ming顯xian。

 

簡jian單dan來lai說shuo，由you於yu我wo們men現xian實shi中zhong使shi用yong的de電dian壓ya大da多duo都dou是shi正zheng電dian壓ya



，這zhe樣yang
，產chan生sheng不bu同tong量liang級ji的de正zheng電dian壓ya，相xiang對dui於yu負fu電dian壓ya來lai說shuo，則ze要yao容rong易yi的de多duo，所suo花hua費fei的de成cheng本ben也ye要yao低di的de多duo。

 

3、如何產生負電壓？

 

各位工程師在設計電路時，可能會遇到需要負電壓供電的係統，比如使用負電壓為IGBT提供關斷負電壓
、運放係統中用正負對稱的偏置電壓供電。那麼，該如何產生一個穩定可靠的負電壓呢
？以下這幾種方法僅供參考：

 

一是，電荷泵提供負壓。TTL電平/232電平轉換芯片（如MAX232、MAX3391等）是最典型的電荷泵器件，可以輸出較低功率的負壓。但有些LCD要求-24V的負偏壓，則需要另外想辦法。可用一片max232為LCD模塊提供負偏壓。TTL-in接高電平，RS232-out串一個10K的電位器接到LCM的VEE。這樣不但可以顯示
，而且對比度也可調。 MAX232是＋5V供電的雙路RS-232驅動器，芯片的內部還包含了+5V及±10V的兩個電荷泵電壓轉換器。

 

設計高壓電荷泵需要較多的開關
，用分離元件實現起來就有點困難了，不如用電感來得簡單。一般來說，1個三極管或MOSFET，1個比較器或通用運放（做PWM振蕩），1個電感，1個肖基特二極管和若幹阻容元件就可以搞定。如果你的MCU自身帶有PWM接口，且軟件允許的話，那就更簡單了。

 

二是，反相器提供負壓。反相器的輸出接一個電容C1，C1的另一端接二極管D1的正極和二極管D2的負極

，D1的負極接地，D2的負極接電容C2，C2的另一端接地。C2的容量要大於C1。

 

例如，C1用0.1μF
，C2用 0.47μF，dangranzuijiashuzhikeyoushiyanqueding。fanxiangqideshuruduanjiayigefangbo，qifuzhiyinggainengshifanxiangqizhengchanggongzuo



，namezaifanxiangqideshuchuduanjiuchuxianyigexiangweixiangfandefangbo。dianrongC2上就會出現一個負電壓
，理論上比電源電壓低0.7V,然後再穩壓到-5V。

 

三是，負壓電源轉換器產生負壓。MAX749是一個專門用來產生負電壓的電源轉換器。 MAX749為倒相式PFM開關穩壓，輸入電壓+2V至+6V
，輸出電壓可達-100V以上，可通過內部的D/A轉換器進行調節，或者通過一個PWM信號或電位器進行調節。

 

MAX749采用一種電流控製方法，既減小了靜態電流消耗，又提高了轉換效率。關斷方式下,靜態電流僅為15mA。MAX749在關斷方式下仍保持DAC的設定值，從而簡化了軟件控製。

 

使用MAX749產生負壓時，應注意外圍元件的選擇，這裏特別說明幾點：

 

•晶體管：可以用PNP晶體管或P溝道MOSFET。前者經濟，使用簡單；後者能提供更大電流
，且轉換效率較高
，但往往需要較高的輸入電壓（通常要求 +5V或 +5V以上）。如使用2SC8550三極管，可以提供較大的輸出電流。

 

• RSENSE：RSENSE是一個微阻值的檢測電阻
，可以用一小段康銅絲代替，但不能直接用0Ω電阻短路。RSENSE的大小與輸出電流成反比關係，因此可根據電流需要確定RSENSE的最大值
，但為了保證轉換效率,不宜取得過小。一般在輸出電壓為-24V的情況下
，要求輸出電流為0.5A左右時, 可取RSENSE=0.25Ω，輸出電流為0.8A左右時，可取RSENSE=0.2Ω。

 

•RBASE ：RBASE應足夠小以保證晶體管能處在飽和狀態,但RBASE太小又降低了轉換效率,通常在160Ω~470Ω之間取值。

 

•另外，電感L的感值在22-l00mH之間
，通常取47mH，為提高效率，電感的內阻要小，最好在300mΩ以下；二極管可用IN5817-IN5822係列快恢複二極管；CCOMP取決於RFB及電路布局,通常在100pF-l0nF之間取值。

 

四是

，專用DC/DC電壓反轉器提供負壓。ME7660是一種DC/DC電荷泵電壓反轉器
，采用AL柵 CMOS工藝設計。該芯片能將輸入範圍為+1.5V至+10V的電壓轉換成相應的-1.5V至-10V的輸出，並且隻需外接兩隻低損耗電容,無需電感。芯片的振蕩器額定頻率為10KHZ
，應用於低輸入電流情況時
，可於振蕩器與地之間外接一電容



，從而以低於10KHZ的振蕩頻率正常工作。

 

ME7660轉換器的特點如下：

 

•轉換邏輯電源+5V為±5V雙相電壓
；

•輸入工作電壓範圍廣：1.5V-10V；

•電源轉換效率高：98%; 

•低功耗：靜態電流為90μA（輸入5V時）；

• ME7660轉換器多用於LCD、接口轉換器及儀表等場合。

 

五是，輸出正電壓的DC/DC轉換器產生負壓。除了上述方法之外，也可用一些輸出正電壓的DC/DC轉換器產生負壓，比如降壓型開關穩壓器LM2596等，隻需以GND為參考鎖住反向調節器，在輸出參考等方麵稍作改變就可以了。由於GND端不是接地而是接到負輸出電壓端上
，所以需要相應的電平轉換裝置

，比如光藕或三極管。

 

總而言之
，負電壓設計方案多種多樣，哪一個方案更適合你的設計，還要綜合考慮不同應用
、不同技術要求而定。