Повышающий преобразователь отрицательного напряжения в положительное

Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2015

Предположим, что для питания схемы требуется положительное напряжение, но в вашем распоряжении есть только источник отрицательного напряжения. Получить в этом случае положительное напряжение из отрицательного при достаточно высоком КПД можно с помощью стандартной микросхемы повышающего преобразователя (Рисунок 1). Напряжение на выходе повышающего преобразователя должно быть выше входного напряжения. Поскольку выходное напряжение (в нашем примере 5 В) больше уровня «земли» отрицательного входного напряжения, это правило здесь не нарушается.

Рисунок 1.	При использовании вывода земли в качестве входа отрицательного напряжения, повышающий преобразователь может эффективно стабилизировать положительное выходное напряжение.

В схеме на Рисунке 1 использован стандартный повышающий преобразователь EL7515. Земляной вывод микросхемы соединен с отрицательной входной шиной. Таким образом, «земля» становится «плюсом» входного источника. Выходное напряжение V_OUT равно:

где V_FB – напряжение на выводе 8 микросхемы.

PNP транзисторы Q₁ and Q₂ образуют транслятор уровня, приводящий масштаб выходного напряжения 5 В (относительно земли) к требуемому напряжению входа обратной связи FB (относительно отрицательной шины). Эта пара транзисторов также компенсирует эффекты, связанные с влиянием температуры и падением напряжения.

Рисунок 2.	Нестабильность выходного напряжения не превышает ±40 мВ во всем диапазоне отрицательных входных напряжений.

Для оптимальной стабилизации выходного напряжения токи транзисторов Q₁ и Q₂ при номинальном входном напряжении должны быть равны. Оценить качество регулирования позволяет Рисунок 2. Максимальная разность между выходным и входным напряжением не должна превышать пробивного напряжения сток-исток внутреннего МОП транзистора микросхемы, которое для EL7515 составляет 18 В.

Рисунок 3.	Во всем диапазоне токов нагрузки выходное напряжение изменяется менее чем на 14 мВ.

Это значит, что входное напряжение не должно быть ниже –12 В. Запас в 1 В компенсирует падение напряжения на диоде D₁ и пульсации напряжения на стоке мощного МОП транзистора. Зависимость выходного напряжения от тока нагрузки представлена на Рисунке 3.

Рисунок 4.	КПД схемы при среднем выходном токе (200 мА) достигает 81%.

Максимальный выходной ток зависит от соотношения входного и выходного напряжений и от установленного в преобразователе порога ограничения тока. Как видно из Рисунка 4, КПД схемы при выходном токе 200 мА превышает 80%.