正電壓轉負電壓芯片（也叫做正轉負轉換器、負電壓生成器、反向電壓轉換器）是一種能夠將正電壓源轉換為負電壓輸出的電子元器件。它們廣泛應用于各種電子電路中，特別是在那些需要負電壓供電的設備中。例如，運算放大器、電池管理系統、模擬電路等。負電壓源通常用于信號處理、音頻設備、放大器電源和電源管理等領域。

本文將詳細介紹正電壓轉負電壓芯片的工作原理、常見類型、關鍵參數、應用場景以及選型注意事項。

一、正電壓轉負電壓芯片的工作原理

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

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

• 當開關導通時，電流流經電感，電感開始儲存能量。

• 當開關斷開時，電感的能量轉化為電壓，輸出負電壓。

• 通過調節開關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現正電壓到負電壓的轉換：

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

• 反向 buck-boost 轉換器（Inverting Buck-Boost Converter）：該電路可以實現電壓增大或減小，因此適用于需要穩定負電壓的應用。

• 反向降壓轉換器（Inverting Buck Converter）：用于將輸入電壓降低并實現負電壓輸出。

二、常見型號與類型

市場上有多種芯片可以實現正電壓到負電壓的轉換，以下是幾款常見的正電壓轉負電壓芯片及其特點：

1. LT1945

• 這是Linear Technology（現為Analog Devices的一部分）推出的一款高效反向升壓轉換器芯片，能夠將5V正電壓轉換為-5V負電壓。它具有低靜態電流和高轉換效率，適用于需要低噪聲和高穩定性的負電壓供電應用。

2. ICL7660

• ICL7660是Intersil（現為ADI）的經典正轉負轉換器芯片，廣泛應用于低功耗電子設備中。其工作電壓范圍為+1.5V到+12V，可以輸出最大-12V的負電壓。ICL7660特別適合驅動運算放大器等模擬電路。

3. TPS60400

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

4. MAX232

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

5. SOT-23封裝的負電壓轉換芯片

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

三、關鍵參數

正電壓轉負電壓芯片的性能通常由以下幾個關鍵參數決定：

1. 輸入電壓范圍：芯片能在多寬的輸入電壓范圍內穩定工作。大多數芯片支持2V到12V的輸入范圍，這使得它們能夠適應多種應用場景。

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

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

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

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

四、應用場景

正電壓轉負電壓芯片廣泛應用于各種電子設備，尤其是在需要負電壓源的場合。以下是一些典型的應用：

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

2. 通信設備：在RS-232、RS-485等通信協議中，經常需要將正電壓轉換為負電壓，以適配不同的電壓標準。芯片如MAX232就是專門為此類應用設計的。

3. 便攜式電子設備：一些便攜設備如傳感器、無線模塊等需要負電壓來驅動內部的某些電路。正轉負電壓芯片能夠提供穩定的負電壓輸出，確保設備正常工作。

4. 電池管理系統：在一些電池管理系統中，特別是鋰電池電源管理電路中，負電壓也常常作為參考電壓使用，正轉負電壓芯片能夠為電池管理系統提供精確的負電壓。

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

五、選型注意事項

在選擇正電壓轉負電壓芯片時，需要考慮以下幾個方面：

1. 電壓要求：根據應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載電流，滿足實際電路的需求。

3. 效率要求：選擇高效率的芯片可以減少功耗和發熱，延長設備的使用壽命。

4. 封裝與尺寸：根據應用的空間要求，選擇適合的封裝形式。如果是便攜設備，可能需要選擇小型封裝。

5. 穩定性與可靠性：考慮芯片在長期工作條件下的穩定性與可靠性，尤其是在惡劣環境下的應用場景。

六、總結

正電壓轉負電壓芯片是電子電路中非常重要的一類元器件，它能夠提供穩定的負電壓源，廣泛應用于模擬電路、通信設備、電池管理系統等領域。了解其工作原理、常見型號、關鍵參數和應用場景，能夠幫助工程師在設計過程中做出更合適的選型決策，提升電路的性能和穩定性。