Поддержание выходов операционных усилителей «живыми» при нулевом напряжении и ниже, формирование симметричных выходных сигналов и обработка биполярных аналоговых сигналов – все это примеры ситуаций, когда разработчику может потребоваться несколько миллиампер тока от шины отрицательного напряжения. На Рисунке 1 показана простая конструкция инвертора на основе почтенного семейства строенных двухпозиционных КМОП переключателей xx4053, который эффективно и точно инвертирует напряжение положительной шины и делает это в режиме понижения.
 |
|
| Рисунок 1. | Универсальная и удобная микросхема xx4053 служит основой для дешевого, эффективного и точного инвертора напряжения. |
Вот как это работает.
U1a и U1b в сочетании с конденсатором C2 образуют инвертирующий конденсаторный зарядовый насос, передающий заряд на конденсатор фильтра C3. Перенос заряда происходит в цикле, который начинается с зарядки конденсатора C2 через коммутатор U1a до напряжения VIN, а затем завершается частичным разрядом C2 в конденсатор C3 через коммутатор U1b. Насос работает на частоте порядка 100 кГц под управлением генератора на элементе U1c, включенном как триггер Шмитта, так что перенос заряда происходит каждые 10 мкс. Обратите внимание на цепи обратной связи коммутатора U1c: положительной на резисторе R3 и отрицательной на элементах R1, R2 и C1.
Формы (приблизительные) полученных сигналов генератора на конденсаторе C1 и на выводе 9 коммутатора U1c показаны на Рисунке 2.
 |
|
| Рисунок 2. | Сигналы синхронизации частотой 100 кГц, формируемые генератором на элементе U1c. |
Гарантированный «разрыв пред включением» коммутаторов семейства xx4053 обеспечивает максимальный КПД при минимальном уровне помех. Свойственное коммутаторам увеличение сопротивления включенного канала при уменьшении VOUT снижает ток короткого замыкания на выходе примерно до 20 мА при VIN = 5 В. Выход схемы на рабочий режим при включении питания занимает около 5 миллисекунд.
В отсутствие нагрузки потребляемая мощность составляет менее 500 мкВт и делится приблизительно поровну между микросхемой U1 и RC-цепью генератора. При небольшой нагрузке выходное напряжение будет точно приближаться к значению VOUT = –1.0 × VIN. Под нагрузкой оно будет снижаться со скоростью примерно 160 мВ/мА (Рисунок 3).
 |
|
| Рисунок 3. | Зависимость VOUT и КПД преобразования мощности от выходного тока для +VIN = 5 В. |
Если требуется работа при более высоких входных напряжениях VIN (до 10 В), можно использовать микросхемы с металлическим затвором CD4053B. Разумеется, рабочие напряжения конденсаторов должны быть соответственно выше.
