在系統(tǒng)應(yīng)用場景中，受限于體積、成本及上電時(shí)序等要求，有時(shí)僅能采用單一正電源供電。然而，運(yùn)算放大器、通信接口及傳感器驅(qū)動(dòng)等模塊的正常運(yùn)行，往往需要額外配置負(fù)電壓供電。本文在深入剖析負(fù)電壓產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了4種負(fù)電壓電源的產(chǎn)生原理，并探討其應(yīng)用場景。

電荷泵

原理是通過開關(guān)控制（通常采用MOSFET管）電容的周期性充放電實(shí)現(xiàn)電壓反轉(zhuǎn)或倍增，工作流程是開關(guān)周期內(nèi)對電容充電至一定輸入電壓（如+5V），切換電容極性，向輸出電容放電將輸出端電壓反向（如-5V）。

優(yōu)點(diǎn)是無需電感、電路簡單、成本較低（通常只需要外接幾個(gè)電容）、集成度高（專用IC）及電磁干擾（EMI)較小。缺點(diǎn)是輸出電流較?。ㄍǔＰ∮诘扔?0mA)、效率較低（約70%左右）及輸出紋波較大。

適用于小電流供電，因電荷泵自身帶載能力有限，適合為運(yùn)算放大器等低功耗設(shè)備提供穩(wěn)定負(fù)電源及MCU控制通信用途。

代表器件型號：HJ7660電荷泵反轉(zhuǎn)器

電感式DC-DC轉(zhuǎn)換器

原理是利用電感的儲(chǔ)能特性，通過開關(guān)（MOSFET管）控制能量傳遞。工作類型為升降壓Buck-Boost型：輸入正電壓，輸出可正可負(fù)。工作過程分為開關(guān)導(dǎo)通階段（Ton):開關(guān)管閉合，二極管反向截止。電流流過電感L,電感儲(chǔ)能，之后輸出電容C向負(fù)載放電維持負(fù)壓。開關(guān)關(guān)斷階段（Toff）：開關(guān)管斷開，電感電流不能變化，產(chǎn)生反向電動(dòng)勢，二極管正偏導(dǎo)通，電感電流通過二極管給輸出電容C充電（電流方向從地流向C負(fù)極），在電容C上維持負(fù)電壓。

優(yōu)點(diǎn)是效率高（約85%左右），輸出電流能力大。缺點(diǎn)是需要電感和復(fù)雜控制電路（涉及環(huán)路補(bǔ)償）、成本較高、可能產(chǎn)生噪聲（EMI干擾）以及輸出紋波也較大。

適用于大功率設(shè)備（如工業(yè)控制系統(tǒng)、通信基站）。

代表器件型號：HJ35063 DC/DC變換控制器

變壓器式電源類

原理是通過開關(guān)管（如MOSFET管)交替導(dǎo)通和斷開，通過變壓器實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，典型結(jié)構(gòu)是推挽（Push-Pull）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過變壓器耦合實(shí)現(xiàn)次級繞組反向連接可輸出負(fù)壓。

優(yōu)點(diǎn)是高效率以及隔離設(shè)計(jì)可隔離性強(qiáng)。缺點(diǎn)是控制部分電路需復(fù)雜設(shè)計(jì)（如PWM控制器）。適應(yīng)于隔離型負(fù)壓輸出。

代表器件型號：HJ05DCN05S1W隔離型DC DC電源模塊

倍壓整流電路

原理是利用二極管和電容組成的倍壓電路及整流濾波電路，其內(nèi)部通過輸出端反饋，采用PID調(diào)節(jié)輸出負(fù)電壓（相對于設(shè)定參考點(diǎn)）。并且內(nèi)置RSET端可通過外接電阻控制輸出高壓-2000V至-800V。

優(yōu)點(diǎn)是該模塊有輸入范圍寬、功耗低、響應(yīng)速度快、輸出穩(wěn)定度高和輸出電壓可調(diào)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于航空、兵器、石油等領(lǐng)域。缺點(diǎn)是帶負(fù)載能力較弱以及效率低。適應(yīng)于小電流電路。

代表器件型號：HJ24DCN20 DC DC電源模塊

使用注意事項(xiàng)

1.電解電容必須正確連接極性（負(fù)極參考更低的電位），否則可能引起爆炸或損壞。

2.若同時(shí)存在正負(fù)電壓，需要確保所有電路的參考地（GND）統(tǒng)一，避免地線環(huán)路或意外短路。

3.元器件（如開關(guān)管、二極管、電容）的額定電壓需覆蓋輸入電壓+輸出電壓絕對值。例如，輸入12V生成-5V時(shí)，開關(guān)管需承受至少17V的應(yīng)力。

4.分立二極管（如電荷泵中的快恢復(fù)二極管）方向需與電路路徑匹配，避免反向擊穿。

5.電容布局,采用低ESR陶瓷電容，并盡量靠近器件的VIN、VOUT引腳及接地引腳，以降低寄生效應(yīng)。

6.電源接地設(shè)計(jì)至關(guān)重要，需承載電源、熱噪聲以及時(shí)鐘頻率相關(guān)的毛刺/反彈噪聲。接地路徑要確保接地走線阻抗最低，電源分布均勻。 散熱優(yōu)化應(yīng)預(yù)留充足的接地區(qū)域以改善散熱，避免局部過熱對器件產(chǎn)生負(fù)影響。

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