Простой компактный источник отрицательного напряжения

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июнь 2016

Raymond Zheng, Linear Technology

EDN

Потребность в источниках отрицательного напряжения растет вместе с ростом популярности приложений для портативных устройств. Однако схема преобразователя положительного напряжения в отрицательное может быть достаточно дорогой и относительно сложной, особенно, когда для питания устройства требуются напряжения обоих знаков. На Рисунке 1 показано простое и малозатратное решение, основанное на сочетании инвертора и удвоителя напряжения, использующих одну микросхему зарядового насоса. Из входного напряжения 5 … 6 В схема вырабатывает стабилизированное напряжение –5 В и нестабилизированное напряжение 10 В. Для этой схемы, в дополнение к микросхеме зарядового насоса в корпусе SOT-23, требуются лишь пять небольших керамических конденсаторов для поверхностного монтажа и два диода.

Рисунок 1.	В этой схеме объединены стабилизированный инвертор и удвоитель напряжения.

Входное напряжение 6 В безындуктивный DC/DC инвертор может преобразовать в стабилизированное напряжение –5 В (±5%) с максимальным током 100 мА, а удвоитель напряжения может отдавать 50 мА при напряжении 10.5 В ±7%. Выходное напряжение инвертора стабилизируется при выполнении условия

(V_IN – 5) > (I_OUT × R_OUT).

Значения сопротивления нагрузки R_OUT и тока I_OUT для V_IN = 5 вы можете определить с помощью графика на Рисунке 2. (Величины R_OUT и I_OUT для других напряжений V_IN можно найти в справочных данных на микросхему LTC1983). Если переменные не удовлетворяют условиям этого неравенства, микросхема находится в режиме разомкнутого контура регулирования и работает как инвертор с низким выходным импедансом, выходное напряжение которого равно

V_OUT1 = –[V_IN – (I_OUT × R_OUT)].

Рисунок 2.	Зависимость ROUT от IOUT для схемы на Рисунке 1.

Выходное напряжение удвоителя вы можете найти по формуле

V_OUT2 = 2V_IN – 2V_D,

где V_D – прямое напряжение диодов.

Рисунок 3.	График зависимости КПД от токов нагрузки.

На Рисунке 3 изображена зависимость КПД схемы от ее выходных токов, из которой видно, что КПД превышает 81%, а в пиках достигает примерно 85%. Качество стабилизации инвертора иллюстрируется изображенной на Рисунке 4 зависимостью его выходного напряжения от тока нагрузки. В микросхему встроены цепи защиты от короткого замыкания и перегрева.

Рисунок 4.	Зависимость изменения выходного напряжения от выходного тока.

Материалы по теме