如何使电压反相

作者：Frederik Dostal，电源管理专家

摘要

这篇关于电源管理技巧的文章介绍了两种电路，分别用于将正电压转换为负电压和将负电压转换为正电压。文章阐述了如何轻松修改降压型稳压器电路，以将正电压转换为负电压；并介绍了如何轻松修改升压转换器，以将负电压转换为正电压。

引言

电源转换器常用于从现有电压轨为电路生成稳定的电源电压。在大多数应用中，电压通过降压转换开关稳压器降低。但有时候，电压需要升高，而这通常利用升压型转换器实现。降压和升压这两种拓扑结构应用于许多领域。

然而，有时电压需要反相。在大多数情况下，需要将正电源电压转换为负电压。这是为了给信号路径中的传感器供电，使其能够处理具有正负电压偏转的信号。例如，+5V和-5V用作运算放大器的电源，以处理信号电压。某些应用需要负电压来安全关断MOSFET的栅极。要从现有正电压产生负电压，图1所示的反相拓扑是合适的方案。其中，正电压被转换为负电压。这种电路结构简单，不需要变压器，可以利用标准降压型开关稳压器IC构建。降压型稳压器的输出电压连接至系统接地端，GND引脚电压产生负电压，该负电压可通过电阻分压器Rfb1和Rfb2进行调节。

图1.从正电压产生负电压的开关电源转换器

除了这种应用之外，有时还需要将负电压转换为正电压。一种常见应用是在电信领域，其中必须将-48 V转换为+48 V。此外，在工业领域也有应用。针对这一需求，确实存在一种不需要变压器的高效解决方案。图2展示了一种反相升压转换器，它能从负电压产生正电压。它需要的不是降压型稳压器，而是升压型稳压器IC。电源电平必须以适当的方式设计，使得开关的相应体二极管沿正确的方向导通。

图2.从负电压产生正电压的开关电源转换器

为了高效地将负电压转换为正电压并实现多种特性，需要额外的元器件。例如，不同的设置引脚需要电平转换，以实现软启动或时钟同步等功能。这些引脚上允许的电压范围取决于开关稳压器IC的GND引脚，即负输入电压。

图3.LTC7899电路的LTspice电路图

为了在较高功率下也能实现平稳的切换，可以使用专用开关稳压器IC来有效完成从负电压到正电压的转换。LTC7899就是这样的IC。它是一款开关电源升压转换器控制器，专为将负电压转换为正电压而设计。它使用外部开关，而且同步工作，并在输入和输出之间提供高达135 V的极宽电压范围。图3显示了仿真程序LTspice®中的LTC7899反相电路实现方案，用户可借助该软件对电路进行仿真分析。

结语

无需变压器也能轻松地使负电压和正电压反相。许多应用需要这样的反相功能。目前已有多种简单解决方案，也有众多合适的电源转换器IC可供选择。然而，要设计高性能、易于使用的电路，使用LTC7899等特殊开关控制器将非常合适。