正电压转负电压芯片（也叫做正转负转换器、负电压生成器、反向电压转换器）是一种能够将正电压源转换为负电压输出的电子元器件。它们广泛应用于各种电子电路中，特别是在那些需要负电压供电的设备中。例如，运算放大器、电池管理系统、模拟电路等。负电压源通常用于信号处理、音频设备、放大器电源和电源管理等领域。

本文将详细介绍正电压转负电压芯片的工作原理、常见类型、关键参数、应用场景以及选型注意事项。

一、正电压转负电压芯片的工作原理

正电压转负电压芯片的核心原理是通过电路中的电感、开关元件和电容进行电能转换，从而实现输入正电压与输出负电压之间的转换。这些芯片通常采用一种叫做“反向升压（inverting boost）”的电路拓扑，利用开关元件的周期性开启和关闭，以及电感元件的能量存储与释放，完成电压转换的过程。

1. 反向升压电路的工作原理反向升压电路通过一个开关（通常是晶体管）和一个电感器，利用能量转换的原理，使用电感存储能量并在开关周期关闭时释放能量，从而将输入的正电压转换成负电压。其基本步骤如下：

• 当开关导通时，电流流经电感，电感开始储存能量。

• 当开关断开时，电感的能量转化为电压，输出负电压。

• 通过调节开关的工作频率和占空比，可以精确控制输出电压的大小。

2. 常见的电路类型主要有三种电路类型用来实现正电压到负电压的转换：

• 反向升压转换器（Inverting Boost Converter）：通过将正电压转化为负电压，适用于需要负电压电源的场合。

• 反向 buck-boost 转换器（Inverting Buck-Boost Converter）：该电路可以实现电压增大或减小，因此适用于需要稳定负电压的应用。

• 反向降压转换器（Inverting Buck Converter）：用于将输入电压降低并实现负电压输出。

二、常见型号与类型

市场上有多种芯片可以实现正电压到负电压的转换，以下是几款常见的正电压转负电压芯片及其特点：

1. LT1945

• 这是Linear Technology（现为Analog Devices的一部分）推出的一款高效反向升压转换器芯片，能够将5V正电压转换为-5V负电压。它具有低静态电流和高转换效率，适用于需要低噪声和高稳定性的负电压供电应用。

2. ICL7660

• ICL7660是Intersil（现为ADI）的经典正转负转换器芯片，广泛应用于低功耗电子设备中。其工作电压范围为+1.5V到+12V，可以输出最大-12V的负电压。ICL7660特别适合驱动运算放大器等模拟电路。

3. TPS60400

• TPS60400是德州仪器（TI）推出的一款高效负电压生成芯片，适用于多种通信设备和便携式电子产品。它的输出电压可以调节，并且支持较高的电流负载。

4. MAX232

• MAX232是一款比较知名的双向电压转换芯片，它不仅支持正负电压的转换，还常用于RS-232串口通信中的电压转换。该芯片常见于通信接口电路中。

5. SOT-23封装的负电压转换芯片

• 很多低功耗应用，如传感器、无线设备中，都会使用SOT-23封装的小型负电压生成芯片。这些芯片通常具有较低的输入电压要求和较高的转换效率。

三、关键参数

正电压转负电压芯片的性能通常由以下几个关键参数决定：

1. 输入电压范围：芯片能在多宽的输入电压范围内稳定工作。大多数芯片支持2V到12V的输入范围，这使得它们能够适应多种应用场景。

2. 输出电压范围：输出负电压的范围取决于芯片的设计。有些芯片可以输出-12V甚至更低的电压，适合不同的应用需求。

3. 输出电流：芯片可以输出的最大电流。对于需要较大负载电流的应用，选择输出电流较大的芯片非常重要。

4. 效率：转换效率是衡量芯片性能的一个重要指标。效率高的芯片可以在相同条件下提供更多的电能输出，同时减少热量的产生。

5. 开关频率：开关频率影响着芯片的转换速度和滤波器设计。一般来说，高频率的开关能够减小外部电感和电容的体积，但也可能导致更多的电磁干扰（EMI）。

四、应用场景

正电压转负电压芯片广泛应用于各种电子设备，尤其是在需要负电压源的场合。以下是一些典型的应用：

1. 模拟电路：许多模拟电路，特别是运算放大器、电流信号处理器等，通常需要正负电源。在这些电路中，正电压转负电压芯片可以提供所需的负电压。

2. 通信设备：在RS-232、RS-485等通信协议中，经常需要将正电压转换为负电压，以适配不同的电压标准。芯片如MAX232就是专门为此类应用设计的。

3. 便携式电子设备：一些便携设备如传感器、无线模块等需要负电压来驱动内部的某些电路。正转负电压芯片能够提供稳定的负电压输出，确保设备正常工作。

4. 电池管理系统：在一些电池管理系统中，特别是锂电池电源管理电路中，负电压也常常作为参考电压使用，正转负电压芯片能够为电池管理系统提供精确的负电压。

5. 音频放大器：音频电路中通常需要负电压来驱动某些音频处理器或功放电路。在这些应用中，负电压生成芯片可以提供必要的负电压电源。

五、选型注意事项

在选择正电压转负电压芯片时，需要考虑以下几个方面：

1. 电压要求：根据应用电路的具体电压需求，选择合适的输入和输出电压范围的芯片。

2. 电流需求：确保所选芯片能够提供足够的负载电流，满足实际电路的需求。

3. 效率要求：选择高效率的芯片可以减少功耗和发热，延长设备的使用寿命。

4. 封装与尺寸：根据应用的空间要求，选择适合的封装形式。如果是便携设备，可能需要选择小型封装。

5. 稳定性与可靠性：考虑芯片在长期工作条件下的稳定性与可靠性，尤其是在恶劣环境下的应用场景。

六、总结

正电压转负电压芯片是电子电路中非常重要的一类元器件，它能够提供稳定的负电压源，广泛应用于模拟电路、通信设备、电池管理系统等领域。了解其工作原理、常见型号、关键参数和应用场景，能够帮助工程师在设计过程中做出更合适的选型决策，提升电路的性能和稳定性。