Linear Regulators with negative Voltages 負電壓線性穩(wěn)壓器
什么是負電壓?說到電壓，一切都是相對的。不同的電導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“負電壓”的描述。我們所說的負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 的負電源電壓的運算放大器。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。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)壓精度也相當差。當 –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電壓設(shè)計的線性穩(wěn)壓器。
這些 IC 被稱為負線性穩(wěn)壓器。ADI 公司的新型 ADP7183 負線性穩(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)點的濾波應(yīng)用。
圖 2 .產(chǎn)生負電壓的負線性穩(wěn)壓器。
如果使用如圖 2 所示的負線性穩(wěn)壓器，則產(chǎn)生的 –3.3V 是相對于 0V 地電壓進行穩(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，特殊的負線性穩(wěn)壓器在轉(zhuǎn)換負電壓或濾波負電壓時就顯得尤為重要。市場上的負線性穩(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。
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