正電壓轉(zhuǎn)負(fù)電壓芯片（也叫做正轉(zhuǎn)負(fù)轉(zhuǎn)換器、負(fù)電壓生成器、反向電壓轉(zhuǎn)換器）是一種能夠?qū)⒄妷涸崔D(zhuǎn)換為負(fù)電壓輸出的電子元器件。它們廣泛應(yīng)用于各種電子電路中，特別是在那些需要負(fù)電壓供電的設(shè)備中。例如，運(yùn)算放大器、電池管理系統(tǒng)、模擬電路等。負(fù)電壓源通常用于信號處理、音頻設(shè)備、放大器電源和電源管理等領(lǐng)域。

本文將詳細(xì)介紹正電壓轉(zhuǎn)負(fù)電壓芯片的工作原理、常見類型、關(guān)鍵參數(shù)、應(yīng)用場景以及選型注意事項(xiàng)。

一、正電壓轉(zhuǎn)負(fù)電壓芯片的工作原理

正電壓轉(zhuǎn)負(fù)電壓芯片的核心原理是通過電路中的電感、開關(guān)元件和電容進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)輸入正電壓與輸出負(fù)電壓之間的轉(zhuǎn)換。這些芯片通常采用一種叫做“反向升壓（inverting boost）”的電路拓?fù)?，利用開關(guān)元件的周期性開啟和關(guān)閉，以及電感元件的能量存儲與釋放，完成電壓轉(zhuǎn)換的過程。

1. 反向升壓電路的工作原理反向升壓電路通過一個開關(guān)（通常是晶體管）和一個電感器，利用能量轉(zhuǎn)換的原理，使用電感存儲能量并在開關(guān)周期關(guān)閉時釋放能量，從而將輸入的正電壓轉(zhuǎn)換成負(fù)電壓。其基本步驟如下：

• 當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時，電流流經(jīng)電感，電感開始儲存能量。

• 當(dāng)開關(guān)斷開時，電感的能量轉(zhuǎn)化為電壓，輸出負(fù)電壓。

• 通過調(diào)節(jié)開關(guān)的工作頻率和占空比，可以精確控制輸出電壓的大小。

2. 常見的電路類型主要有三種電路類型用來實(shí)現(xiàn)正電壓到負(fù)電壓的轉(zhuǎn)換：

• 反向升壓轉(zhuǎn)換器（Inverting Boost Converter）：通過將正電壓轉(zhuǎn)化為負(fù)電壓，適用于需要負(fù)電壓電源的場合。

• 反向 buck-boost 轉(zhuǎn)換器（Inverting Buck-Boost Converter）：該電路可以實(shí)現(xiàn)電壓增大或減小，因此適用于需要穩(wěn)定負(fù)電壓的應(yīng)用。

• 反向降壓轉(zhuǎn)換器（Inverting Buck Converter）：用于將輸入電壓降低并實(shí)現(xiàn)負(fù)電壓輸出。

二、常見型號與類型

市場上有多種芯片可以實(shí)現(xiàn)正電壓到負(fù)電壓的轉(zhuǎn)換，以下是幾款常見的正電壓轉(zhuǎn)負(fù)電壓芯片及其特點(diǎn)：

1. LT1945

• 這是Linear Technology（現(xiàn)為Analog Devices的一部分）推出的一款高效反向升壓轉(zhuǎn)換器芯片，能夠?qū)?V正電壓轉(zhuǎn)換為-5V負(fù)電壓。它具有低靜態(tài)電流和高轉(zhuǎn)換效率，適用于需要低噪聲和高穩(wěn)定性的負(fù)電壓供電應(yīng)用。

2. ICL7660

• ICL7660是Intersil（現(xiàn)為ADI）的經(jīng)典正轉(zhuǎn)負(fù)轉(zhuǎn)換器芯片，廣泛應(yīng)用于低功耗電子設(shè)備中。其工作電壓范圍為+1.5V到+12V，可以輸出最大-12V的負(fù)電壓。ICL7660特別適合驅(qū)動運(yùn)算放大器等模擬電路。

3. TPS60400

• TPS60400是德州儀器（TI）推出的一款高效負(fù)電壓生成芯片，適用于多種通信設(shè)備和便攜式電子產(chǎn)品。它的輸出電壓可以調(diào)節(jié)，并且支持較高的電流負(fù)載。

4. MAX232

• MAX232是一款比較知名的雙向電壓轉(zhuǎn)換芯片，它不僅支持正負(fù)電壓的轉(zhuǎn)換，還常用于RS-232串口通信中的電壓轉(zhuǎn)換。該芯片常見于通信接口電路中。

5. SOT-23封裝的負(fù)電壓轉(zhuǎn)換芯片

• 很多低功耗應(yīng)用，如傳感器、無線設(shè)備中，都會使用SOT-23封裝的小型負(fù)電壓生成芯片。這些芯片通常具有較低的輸入電壓要求和較高的轉(zhuǎn)換效率。

三、關(guān)鍵參數(shù)

正電壓轉(zhuǎn)負(fù)電壓芯片的性能通常由以下幾個關(guān)鍵參數(shù)決定：

1. 輸入電壓范圍：芯片能在多寬的輸入電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。大多數(shù)芯片支持2V到12V的輸入范圍，這使得它們能夠適應(yīng)多種應(yīng)用場景。

2. 輸出電壓范圍：輸出負(fù)電壓的范圍取決于芯片的設(shè)計。有些芯片可以輸出-12V甚至更低的電壓，適合不同的應(yīng)用需求。

3. 輸出電流：芯片可以輸出的最大電流。對于需要較大負(fù)載電流的應(yīng)用，選擇輸出電流較大的芯片非常重要。

4. 效率：轉(zhuǎn)換效率是衡量芯片性能的一個重要指標(biāo)。效率高的芯片可以在相同條件下提供更多的電能輸出，同時減少熱量的產(chǎn)生。

5. 開關(guān)頻率：開關(guān)頻率影響著芯片的轉(zhuǎn)換速度和濾波器設(shè)計。一般來說，高頻率的開關(guān)能夠減小外部電感和電容的體積，但也可能導(dǎo)致更多的電磁干擾（EMI）。

四、應(yīng)用場景

正電壓轉(zhuǎn)負(fù)電壓芯片廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備，尤其是在需要負(fù)電壓源的場合。以下是一些典型的應(yīng)用：

1. 模擬電路：許多模擬電路，特別是運(yùn)算放大器、電流信號處理器等，通常需要正負(fù)電源。在這些電路中，正電壓轉(zhuǎn)負(fù)電壓芯片可以提供所需的負(fù)電壓。

2. 通信設(shè)備：在RS-232、RS-485等通信協(xié)議中，經(jīng)常需要將正電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)電壓，以適配不同的電壓標(biāo)準(zhǔn)。芯片如MAX232就是專門為此類應(yīng)用設(shè)計的。

3. 便攜式電子設(shè)備：一些便攜設(shè)備如傳感器、無線模塊等需要負(fù)電壓來驅(qū)動內(nèi)部的某些電路。正轉(zhuǎn)負(fù)電壓芯片能夠提供穩(wěn)定的負(fù)電壓輸出，確保設(shè)備正常工作。

4. 電池管理系統(tǒng)：在一些電池管理系統(tǒng)中，特別是鋰電池電源管理電路中，負(fù)電壓也常常作為參考電壓使用，正轉(zhuǎn)負(fù)電壓芯片能夠?yàn)殡姵毓芾硐到y(tǒng)提供精確的負(fù)電壓。

5. 音頻放大器：音頻電路中通常需要負(fù)電壓來驅(qū)動某些音頻處理器或功放電路。在這些應(yīng)用中，負(fù)電壓生成芯片可以提供必要的負(fù)電壓電源。

五、選型注意事項(xiàng)

在選擇正電壓轉(zhuǎn)負(fù)電壓芯片時，需要考慮以下幾個方面：

1. 電壓要求：根據(jù)應(yīng)用電路的具體電壓需求，選擇合適的輸入和輸出電壓范圍的芯片。

2. 電流需求：確保所選芯片能夠提供足夠的負(fù)載電流，滿足實(shí)際電路的需求。

3. 效率要求：選擇高效率的芯片可以減少功耗和發(fā)熱，延長設(shè)備的使用壽命。

4. 封裝與尺寸：根據(jù)應(yīng)用的空間要求，選擇適合的封裝形式。如果是便攜設(shè)備，可能需要選擇小型封裝。

5. 穩(wěn)定性與可靠性：考慮芯片在長期工作條件下的穩(wěn)定性與可靠性，尤其是在惡劣環(huán)境下的應(yīng)用場景。

六、總結(jié)

正電壓轉(zhuǎn)負(fù)電壓芯片是電子電路中非常重要的一類元器件，它能夠提供穩(wěn)定的負(fù)電壓源，廣泛應(yīng)用于模擬電路、通信設(shè)備、電池管理系統(tǒng)等領(lǐng)域。了解其工作原理、常見型號、關(guān)鍵參數(shù)和應(yīng)用場景，能夠幫助工程師在設(shè)計過程中做出更合適的選型決策，提升電路的性能和穩(wěn)定性。