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雙電源設計概述
雙電源設計概述
雙電源是從單個(gè)輸入源產(chǎn)生兩種不同輸出電壓的電路?？赡苡卸喾N類(lèi)型和配置。最常見(jiàn)的配置提供兩個(gè)不同的正直流電壓輸出或兩個(gè)大小相等但極性相反的直流電壓輸出。
對于將數字控制與高功率功能相結合的電路，例如工業(yè)控制應用，通常需要兩種不同的正直流電壓輸出。首先，穩定的低噪聲 5V 電源為微控制器芯片和數字信號處理器等數字控制元件供電。其次，較高的電壓輸出隨后用于開(kāi)關(guān)和電機控制功能，其中較低的電源電壓可能需要過(guò)高的電流。此類(lèi)元件的噪聲要求可能不太嚴格；實(shí)際上，它們可能會(huì )產(chǎn)生需要與數字控制電路隔離的噪聲。
另一個(gè)典型的雙電源應用是模擬信號處理和放大電路，例如音頻設備。圍繞運算放大器構建的電路或使用需要保留波形特性的模數轉換器處理和轉換模擬信號需要具有相同幅度的正負輸出電壓。通常，功率要求非常低的電路可以使用連接到電阻分壓器電路的單個(gè)電源，從而創(chuàng )建虛擬接地。只要電阻上的功率損耗和壓降是可以接受的，這種簡(jiǎn)單、低成本的解決方案就是有效的。為了更高的功率或更好的效率，雙電源電路是必要的。
抽頭變壓器
生成雙輸出電壓的最簡(jiǎn)單的方法是使用一個(gè)變壓器上輸出繞組具有兩個(gè)抽頭。例如，中心抽頭變壓器將產(chǎn)生兩個(gè)相等的輸出電壓。根據變壓器輸出側每個(gè)部分的繞組數量，定制變壓器可以具有任何電壓比。
變壓器可以直接從交流電源（例如市電）連接，也可以從直流電源驅動(dòng)，作為開(kāi)關(guān)模式電源電路的一部分。例如，跨兩個(gè)變壓器輸出的單個(gè)整流器，將第三個(gè)輸出作為接地參考，將產(chǎn)生兩個(gè)未調節的 DC 輸出。然后可以根據需要分別對兩個(gè)輸出中的每一個(gè)應用調節和過(guò)濾。
在大小相等的正負輸出電壓的情況下，這些后整流器電路很可能幾乎相同。唯一的區別是是否使用了集成電路穩壓器。一個(gè)將調節正電壓，另一個(gè)調節負電壓，需要來(lái)自同一產(chǎn)品系列的不同型號。
在兩個(gè)不同應用的正電壓的情況下，每個(gè)電壓的后整流電路可以針對每個(gè)電源驅動(dòng)的電路進(jìn)行優(yōu)化。此外，可以根據需要調整穩壓器和輸出濾波，以滿(mǎn)足整個(gè)器件的設計目標和約束條件。
單線(xiàn)變壓器
為不同應用生成兩個(gè)正電壓的另一種選擇是使用具有單個(gè)輸出繞組的變壓器，以通過(guò)傳統的整流器、濾波器和穩壓器電路生成更高的電壓。然后可以使用第二個(gè)調節器產(chǎn)生第二個(gè)較低的電壓以產(chǎn)生較低的輸出電壓。這種方法簡(jiǎn)化了變壓器，但要權衡較低的電源軌將更容易受到較高電壓軌上的負載造成的中斷或干擾。
綜合解決方案
對于僅低功率電路需要雙電源且電路板空間非常寶貴的應用，單芯片電壓轉換器可以提供簡(jiǎn)單的解決方案。這些芯片將采用直流電源電壓并產(chǎn)生等效的正負輸出電壓。
例如，Intersil ICL7660A 芯片是一種單片 CMOS 電源電路，它可以采用 +1.5V 至 +12V 范圍內的輸入電壓，并以 95% 的電源效率生成 ±1.5V 至 ±12V 的輸出電壓。此功能可以通過(guò) 8 引腳芯片和兩個(gè)外部電容器來(lái)實(shí)現，一個(gè)用作電荷泵，另一個(gè)用作電荷儲存器。
設計技巧
為雙電源設計電路和電路板布局應遵循與等效單電源完全相同的原則和規則。要考慮的其他因素是兩種電源之間的相互作用。
一個(gè)電路產(chǎn)生的噪聲可能會(huì )耦合到另一個(gè)電路，特別是如果來(lái)自?xún)蓚€(gè)電源的走線(xiàn)在電路板上并排布線(xiàn)。如果這是一個(gè)特殊問(wèn)題，保持走線(xiàn)分離并以 90 度交叉走線(xiàn)可以最大限度地減少交叉耦合效應。
如果電源電路產(chǎn)生額外的局部加熱，熱管理考慮可能會(huì )受到影響，特別是在兩個(gè)電源的組件關(guān)閉時(shí)。
概括
需要為電路提供雙電源的設計人員可以使用一系列技術(shù)。最合適的將取決于電源驅動(dòng)的負載（關(guān)于電流需求和對壓降、紋波效應和噪聲的容限）。此外，性能、成本和空間的共同權衡將決定從簡(jiǎn)單的電阻分壓器到鏡像開(kāi)關(guān)模式電路的最佳解決方案。