負電壓線性穩(wěn)壓器工作原理及應用

什么是負電壓？說到電壓，一切都是相對的。不同的電導體之間有不同的電位。這意味著一個電壓可以高于另一個電壓。這種情況下一般不會使用“負電壓”的描述。我們所說的負電壓是指一個電壓低于系統(tǒng)的地電位。圖1是一個3.3V電源電壓和0V系統(tǒng)地電位的示例。在這個系統(tǒng)中，需要測量和記錄傳感器的信號。這些信號可能在+2.5V和–2.5V之間。

為了檢測這些信號，我們采用+3.3V的正電源電壓和–3.3V的負電源電壓的運算放大器。且系統(tǒng)中已經提供+3.3V正電壓。對于所需的–3.3V負電壓，可以利用系統(tǒng)的–5V來產生。該電壓軌可能來自基于變壓器的電源，通常該電壓是沒有經過精確調節(jié)的。為了精準生成–3.3V，我們需要使用線性穩(wěn)壓器。

市場上有眾多適用于正電壓的線性穩(wěn)壓器可供選擇。在需要轉換負電壓的應用中，是否可以使用這種正線性穩(wěn)壓器？

圖1顯示了用于這種應用中的正線性穩(wěn)壓器。圖中的可調電阻代表線性穩(wěn)壓器的調整元件。對于這種線性穩(wěn)壓器IC來說，VIN、VOUT和GND連接器之間的電壓關系是完全相同的，就像在正電壓應用中一樣。然而，在這種環(huán)境中使用正線性穩(wěn)壓器有幾個缺點。該電路將使用電阻分壓器來調節(jié)基于–5V電壓軌的輸出電壓，而不是基于0V電壓軌、系統(tǒng)地。這會導致–5V電壓軌上的干擾和噪聲直接耦合到產生的–3.3V軌上。此外，穩(wěn)壓精度也相當差。當–5V電源電壓精度只有±10%時，這個不精確度也會耦合到–3.3V產生的輸出電壓上。

在這種情況下使用正線性穩(wěn)壓器的第二個缺點是線性穩(wěn)壓器設備的I/O引腳（例如使能引腳）將以–5V為參考。如果需要監(jiān)控不同電壓的上電序列，則可能需要電平轉換。

圖1. 產生負電壓的正線性穩(wěn)壓器。

圖2所示的是相同系統(tǒng)，但是使用了專為降壓負電壓設計的線性穩(wěn)壓器。這些IC被稱為負線性穩(wěn)壓器。ADI公司的新型ADP7183負線性穩(wěn)壓器專為最低噪聲、最高電源抑制比(PSRR)而設計。這使得該器件非常適合對電源噪聲敏感節(jié)點的濾波應用。

圖2. 產生負電壓的負線性穩(wěn)壓器。

如果使用如圖2所示的負線性穩(wěn)壓器，則產生的–3.3V是相對于0V地電壓進行穩(wěn)壓。這將產生非常低的噪聲和精確的輸出電壓。此外，I/O引腳以0V的系統(tǒng)地為參考，可以省去電平轉換。

這樣一來，特殊的負線性穩(wěn)壓器在轉換負電壓或濾波負電壓時就顯得尤為重要。市場上的負線性穩(wěn)壓器通常供應有限。ADP7183(300 mA)和ADP7185 (500 mA)等新產品為設計人員提供了更多可用的產品系列。