【導(dǎo)讀】如果您使用適當(dāng)?shù)谋镜鼗?dc/dc 轉(zhuǎn)換器來生成 -5V 偏置，許多需要 65V 電源的低電流設(shè)備可以在單個(gè) 5V 電源環(huán)境中可靠地運(yùn)行。通常，這些 5V IC 的功能和優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過額外的 -5V 轉(zhuǎn)換器功能帶來的輕微不便和增加的成本。許多公司生產(chǎn)各種額定功率和尺寸的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 IC 和模塊。
如果您使用適當(dāng)?shù)谋镜鼗?dc/dc 轉(zhuǎn)換器來生成 -5V 偏置，許多需要 65V 電源的低電流設(shè)備可以在單個(gè) 5V 電源環(huán)境中可靠地運(yùn)行。通常，這些 5V IC 的功能和優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過額外的 -5V 轉(zhuǎn)換器功能帶來的輕微不便和增加的成本。許多公司生產(chǎn)各種額定功率和尺寸的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 IC 和模塊。然而，這些典型的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器對(duì)于只需要負(fù)偏置電壓和低工作電流的簡(jiǎn)單單芯片應(yīng)用來說可能有點(diǎn)過分了。對(duì)于這些應(yīng)用，典型的負(fù)電壓要求范圍為 -4 至 -6V，電源電流為 1mA，而對(duì) -5V 電源的要求通常不重要。
用于從正電源生成負(fù)直流電壓的傳統(tǒng) dc/dc 轉(zhuǎn)換器模塊的低成本替代方案使用低成本四半導(dǎo)體模擬開關(guān)和板載系統(tǒng)時(shí)鐘（圖1a). 這種類型的電壓轉(zhuǎn)換器從 5V 輸入生成低功耗負(fù)偏置電壓。該電路模擬電荷泵 dc/dc 轉(zhuǎn)換器，適用于生成極性與輸入電壓相反的輸出電壓。與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器一樣，還需要兩個(gè)電荷存儲(chǔ)電容器。與傳統(tǒng)的獨(dú)立 DC/DC 轉(zhuǎn)換器方法不同，該電路需要單個(gè)外部時(shí)鐘輸入來對(duì)開關(guān)進(jìn)行接通和斷開排序，并且需要大約相同數(shù)量的印刷電路板空間。您可以從任何具有 5 至 500 kHz 信號(hào)的連續(xù)、規(guī)則周期的 5V 邏輯門輸出中獲取該時(shí)鐘。
圖 1使用帶有兩個(gè)外部電容器和外部時(shí)鐘的模擬開關(guān)是一種從 5V 輸入產(chǎn)生 25V 以滿足低功耗 ?5V 需求的可行方法。一種方法僅使用時(shí)鐘的一個(gè)相位 (a)；第二種方法需要兩個(gè)階段(b)。
電荷泵轉(zhuǎn)換器的工作原理是先給一個(gè)電容器充電，然后使用開關(guān)電路交替將電荷轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電容器。圖 1a 中的開關(guān)電路交替對(duì) C 1和 C 2充電和放電，以從 5V 輸入生成 -5V 輸出。ALD4213 模擬開關(guān)內(nèi)部的集成電平轉(zhuǎn)換器和邏輯門提供邏輯轉(zhuǎn)換，將單個(gè) 5V 輸入轉(zhuǎn)換為 ±5V 邏輯擺幅。
該電路在時(shí)鐘控制下閉合兩個(gè)開關(guān) S 1和 S 4。在時(shí)鐘周期的前半部分，C 1充電至等于輸入電壓 V+ 的電壓。時(shí)鐘控制的下一個(gè)半周期打開 S 1和 S 4并關(guān)閉 S 2和 S 3。C 1現(xiàn)在通過 S 2和 S 3連接在 C 2兩端，C 1上的電荷隨后轉(zhuǎn)移到 C 2直到 C 1和 C 2兩端的電壓相等。注意 C 2上的“反轉(zhuǎn)”極性，這迫使 C 2上的輸出電壓為 V-，或與 V+ 相反。
每個(gè)后續(xù)時(shí)鐘周期再次以 S 1和 S 4的閉合開始，導(dǎo)致 C 1從先前的電壓充電至 V+。在許多重復(fù)的時(shí)鐘周期之后，C 2上的電壓保持充電到等于 V+ 的負(fù)值或接近它的值；它執(zhí)行電壓逆變器的功能，通常稱為轉(zhuǎn)換器。
另一種基于模擬開關(guān)的轉(zhuǎn)換器使用具有電平轉(zhuǎn)換器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 74HC4316 四路模擬開關(guān)（圖 1b）。該電路類似于圖 1a 中的電路，但具有不同的引腳連接。該電路還需要時(shí)鐘的兩個(gè)相位。如有必要，您可以使用額外的反相邏輯門來生成兩個(gè)時(shí)鐘相位。推薦的輸入是一個(gè)邏輯時(shí)鐘，其有用頻率范圍為 5 至 500 kHz。
圖 1a 的單相設(shè)計(jì)在大批量生產(chǎn)時(shí)成本不到 1 美元。圖 1b 中電路的成本可以不到圖 1a 中電路成本的一半，前提是兩個(gè)時(shí)鐘相位都存在并且您不必添加外部邏輯門反相器。您還可以在定制 ASIC 中集成模擬開關(guān)逆變器和其他模擬功能；ALD4213 和 ALD500A 與公司的標(biāo)準(zhǔn)電池庫兼容。
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