負(fù)電壓線性穩(wěn)壓器

什么是負(fù)電壓？說到電壓，一切都是相對的。不同的電導(dǎo)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(fù)電壓”的描述。我們所說的負(fù)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(fù)電源電壓的運(yùn)算放大器。且系統(tǒng)中已經(jīng)提供+3.3V正電壓。對于所需的–3.3V負(fù)電壓，可以利用系統(tǒng)的–5V來產(chǎn)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(jīng)過精確調(diào)節(jié)的。為了精準(zhǔn)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(zhuǎn)換負(fù)電壓的應(yīng)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(yīng)用中的正線性穩(wěn)壓器。圖中的可調(diào)電阻代表線性穩(wěn)壓器的調(diào)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(guān)系是完全相同的，就像在正電壓應(yīng)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(diǎn)。該電路將使用電阻分壓器來調(diào)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(dǎo)致–5V電壓軌上的干擾和噪聲直接耦合到產(chǎn)生的–3.3V軌上。此外，穩(wěn)壓精度也相當(dāng)差。當(dāng)–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(chǎn)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(diǎn)是線性穩(wěn)壓器設(shè)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(zhuǎn)換。

圖1 產(chǎn)生負(fù)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(fù)電壓設(shè)計的線性穩(wěn)壓器。

這些IC被稱為負(fù)線性穩(wěn)壓器。ADI公司的新型ADP7183負(fù)線性穩(wěn)壓器專為最低噪聲、最高電源抑制比(PSRR)而設(shè)計。這使得該器件非常適合對電源噪聲敏感節(jié)點(diǎn)的濾波應(yīng)用。

圖2 產(chǎn)生負(fù)電壓的負(fù)線性穩(wěn)壓器。

如果使用如圖2所示的負(fù)線性穩(wěn)壓器，則產(chǎn)生的–3.3V是相對于0V地電壓進(jìn)行穩(wěn)壓。這將產(chǎn)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(zhuǎn)換。

這樣一來，特殊的負(fù)線性穩(wěn)壓器在轉(zhuǎn)換負(fù)電壓或?yàn)V波負(fù)電壓時就顯得尤為重要。市場上的負(fù)線性穩(wěn)壓器通常供應(yīng)有限。ADP7183(300 mA)和ADP7185(500 mA)等新產(chǎn)品為設(shè)計人員提供了更多可用的產(chǎn)品系列。

測驗(yàn)：

對了—為什么使用LDO？您仍在使用7805標(biāo)準(zhǔn)件以獲得穩(wěn)定的5V輸出嗎？但是7805需要7V（最小）輸入電壓。假定我們需要100毫安的輸出電流。

7805與ADP150這種LDO相比，哪種效率更高？

提示：查看ADP150數(shù)據(jù)手冊。

答案見學(xué)子專區(qū)。

Frederik Dostal [frederik.dostal@analog.com]就讀于德國愛爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)。他于2001年加入電源管理業(yè)務(wù)部門，曾擔(dān)任各種應(yīng)用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負(fù)責(zé)開關(guān)模式電源。Frederik于2009年加入ADI公司，擔(dān)任歐洲分公司的電源管理技術(shù)專家。