負電壓典型應用

1、負電壓輸出電源設計及典型應用方案分析作者：魏峰系統(tǒng)工程部BCD半導體隨著電子技術的提高，以及電子產品的發(fā)展，一些系統(tǒng)中經(jīng)常會需要負電壓為其供電。例如，在LCD背光 系統(tǒng)中，會使用負電壓為其提供門極驅動和偏置電壓。另外，在系統(tǒng)的運算放大器中，也經(jīng)常會使用正負對稱 的偏置電壓為其供電。如何產生一個穩(wěn)定可靠的負電壓已成為設計人員面臨的關鍵問題。BCD公司開發(fā)出多款可實現(xiàn)負壓輸出的芯片，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，這兩款芯片將開關管及反饋網(wǎng)絡集成在芯片內部，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，這兩款芯片不 同的帶載能力可滿足不同的應用場合。AP3012實現(xiàn)正負電壓輸出的典型應用方案基于AP3012的正負電壓方案在4.310寸的LCD顯示屏系統(tǒng)中應用相當廣泛。應用電路圖如圖1所示。圖1、AP3012實現(xiàn)正負不對稱輸出的典型應用方案。(print)在此應用方案中，AP3012采用升壓電路結構，為15V和-10V提供穩(wěn)定的5V的基準電壓。而15V和-10V 是通過幾級電荷泵電路的轉換來實現(xiàn)。此方案可以通過調整電荷泵電路的級數(shù)來改變輸出電壓。結構非常簡單 而且使用相當靈活。由于AP3012的集成度較高(集成了開關管及反饋網(wǎng)絡)的特點，減少

3、了系統(tǒng)的外圍器件數(shù)目，進一步提高了系統(tǒng)的實用性。所以，AP3012的應用方案為系統(tǒng)的成本和尺寸的控制方面都提供了很大的空間。AP3031實現(xiàn)負電壓輸出的典型應用隨著系統(tǒng)應用的不斷升級，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)應用中，需 要為大量的運算放大器提供正負的偏置電壓。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 就是一個很好的選擇。因為AP3031有著較強的帶載能力，所以它被廣泛的應用。由于AP3031經(jīng)常被應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 偏置電壓。圖2是使用AP3031實現(xiàn)-5V輸出的應用電路。V

4、inVoutL1 220uHL2 22uHCL ,10uF3.6VCout10uF R1:孑 240KAS358VinVoutL1 220uHL2 22uHCL ,10uF3.6VCout10uF R1:孑 240KAS358-5V圖2、AP3031實現(xiàn)-5V輸出的典型應用電路。（print）AP3031采用Cuk電路結構實現(xiàn)負電壓輸出。圖6是Cuk電路的時序圖。iswitch連續(xù)模式switch+iVbeiL1iL2diodeVL1VL2Tiswitch連續(xù)模式switch+iVbeiL1iL2diodeVL1VL2Tn項 Tdis斷續(xù)模式圖3、Cuk電路的時序圖。在 Cuk 電路中：Dut

5、y ccm V +yOUT IN這個表達式說明了 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300mA.值得注意的是要求較高，由于Cuk電路的結構原因，決定了該電路在器件的耐壓方面要求較高，見下列表 達式：，廣 VIN + VOUTSwitchKn * outL = VIN + VOUT從上面的三個表達式可以看出，與Buck和Boost電路不同，Cuk電路工作時，開關管和二極管上所承受 的電壓，是輸入電壓和輸出電壓之和。所以在選擇開關管和二

6、極管時，輸入輸出電壓要同時兼顧。在反饋方面，由于輸出為負電壓，所以采用了反向放大器，將所采樣到的輸出的負電壓信號經(jīng)過反向后， 輸入到芯片的反饋端。VccVoVccVo圖4、反向放大器的結構圖.反向放大器的傳遞函數(shù)：以=-生 匕R4Vo=-VsR3=R4=10K ,其它實現(xiàn)負電壓輸出芯片的典型應用如果系統(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 以它可以實現(xiàn)較高的工作效率。AP3406A可以通過搭建Buck/Boost電路結構實現(xiàn)負電壓輸出。圖5是AP3406A實 現(xiàn)負電壓輸出的典型應用方案。圖5、AP3406A實現(xiàn)負電壓輸出的典型應用圖。（print）onsons斷續(xù)模式斷續(xù)模式連續(xù)模式圖6、Buck/Boost電路的時序圖.VDuty = outBuck/Boost的占空比表達式:CCM V + Buck/Boost的占空比表達式:該應用方案與AP3031的方案相比，結構更為簡單，需要的器件更少（省去了一個電感和反向放大器），從 而更進一步體現(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