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正负压电路:巧妙设计背后的奥秘

出处:中国电子报 发布于:2025-05-15 15:09:38 | 147 次阅读

  在电子电路设计领域,正负压电路的设计常常需要精妙的构思和布局。今天,我们要探讨的是一个来自 LT1930 数据手册的正负压电路,它能够将 5V 电压升压为 ±15V 输出,其设计之巧妙令人赞叹。

  这个正负压电路采用了对称的电荷泵结构,并且从 +15V 那路取反馈。这种设计的精妙之处在于,它能够尽可能地让 -15V 那路的输出更加精确和稳定。下面我们就详细剖析一下这个电路的工作原理。

  整个电路的核心思想是利用电荷泵的原理。电荷泵是基于电容两端电压不能突变的性质来工作的,通过巧妙的电路设计,实现 15V 和 -15V 的输出。不过,需要注意的是,这种电荷泵电路的带载能力通常比较有限。以这个电路为例,手册中给出的最大负载电流为 70mA,相对来说较弱。

  当芯片内部管 Q1 闭合时,芯片会为 L1 充电。而当芯片内部开关管 Q1 打开时,电感 L1 会叠加输入电压 VIN 进行放电,此时 SW 点的电压呈现方波波形。下面是 LT1930 的内部框图:


  接下来我们看看仿真图和仿真的 SW 节点波形:

 

 当内部开关管打开时,对应 SW 高电平部分, D3 和二极管 D2 导通。此时,电感电压叠加输入电压 VIN 为电容 C3、电容 C1 和电容 C2 充电。充电路径如下所示,在这个过程中,要特别注意电容 C3 和电容 C1 两端的电压差(左正右负)。通过仿真可以看到,C3 两端电压几乎恒定为 16V(实际上由于电流的充电放电,会有一定的波动),C1 两端的电压差恒定在 0.48V 左右(这与以及负载相关)。

 

 电容和二极管的电流波形如下:

  当内部开关管闭合时,对应 SW 低电平部分,SW 点电压几乎为 0V(由于电容两端电压不能突变,所以电容右侧变为负值)。此时,二极管 D1 和二极管 D4 导通,电容 C3 和电容 C1 放电(从电容电流波形和二极管电流波形的对应关系可以判断)。

  由于反馈是从正压输出那里取的,所以可以保证正压输出为 15V。而负压和正压的电路是相互对称的,基于这种对称性,能够保证 C4 上端电压是一个较为精准的 -15V。

  电容和二极管的电流波形如下:
  总结一下,这个正负压电路通过对称的电荷泵结构和巧妙的反馈设计,实现了较为精确稳定的正负压输出。
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