三種將單電源軌拆分為雙極電壓軌的方法

音頻應用、數(shù)據(jù)信號采集和模擬傳感器非常適合使用雙極性偏置電源。雙極電源可以最大程度的利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）動態(tài)范圍，實現(xiàn)軌到軌放大，隔離模擬信號與地面噪聲，而且還有許多其他優(yōu)點。在此，我將介紹三種將單電源軌拆分為雙極電壓軌的方法。表1列出了將單一正極性電壓軌拆分為雙極軌的三種最常見方法及其優(yōu)點和局限性。

表1：拆分電壓軌方法對比表

第一種（最簡單的）方法是通過添加電阻分壓器來創(chuàng)建虛擬接地；不幸的是，這種配置在非常低負載時容易變得不平衡。TLE2426（如圖1所示）創(chuàng)建從電源緩沖的公共地；緩沖器在負載條件下在軌道之間創(chuàng)建更穩(wěn)定的中心點。缺點是它只能處理十分之幾毫安的電流。

圖1：拆分電壓軌配置中TLE2426虛擬接地驅(qū)動器的簡化原理圖

與分立方法相比，開關拓撲結(jié)構(gòu)具有更高的效率、精度和穩(wěn)定性，以及更多的功能。有兩類開關穩(wěn)壓器：電感式和電容式（即，電荷泵或開關電容器）。電感式穩(wěn)壓器是最有效的器件，但是更復雜，需要使用電感器，增加了材料清單（BOM）成本和解決方案總尺寸。圖2為TPS65133典型的原理圖，該具有雙極性輸出的升壓轉(zhuǎn)換器的能夠為大多數(shù)輸入和輸出電壓配置提供±250mA輸出電流，效率為90％。

圖2：具有雙輸出電壓的升壓轉(zhuǎn)換器TPS65133

另一種流行的電感式拆分電壓軌解決方案是fly-buck拓撲結(jié)構(gòu)，是在反饋環(huán)路中具有耦合電感器的同步降壓轉(zhuǎn)換器；此拓撲結(jié)構(gòu)可提供隔離電壓。fly-buck方法是一種更為復雜的技術(shù)：有關分步詳細信息，請參見應用報告《使用寬輸入電壓降壓穩(wěn)壓器創(chuàng)建分路電源》。

電荷泵是一種流行和較容易的反轉(zhuǎn)正電壓軌方法。您可以通過將電荷泵與LDO或直流/直流升壓轉(zhuǎn)換器組合來創(chuàng)建拆分電壓軌，如圖3所示。圖3中的LM27761反相電荷泵具有一個集成的可調(diào)負LDO，能夠提供250mA電流；您可以使用外部電阻調(diào)節(jié)輸出電壓。

圖3：結(jié)合了反相電荷泵和正電壓調(diào)節(jié)器的拆分電壓鬼解決方案

TI還提供集成解決方案，如TPS65133，TPS65133是升壓轉(zhuǎn)換器，具有集成LDO和反相電荷泵，能夠以90％的效率提供±5V電壓。LM27762電荷泵集成了正和負LDO，適用于低噪聲、紋波、成本和空間的降壓拆分電壓軌應用。同樣，您可以使用外部電阻調(diào)節(jié)輸出電壓。LM27762只需要幾個補償元件，如圖4所示。

圖4：集成LDO的LM27762分軌式電荷泵

在本文中，我討論了三種將電壓軌拆分為雙極電壓軌的方法。分立解決方案是一種簡單的解決方案，但受限于輸出電流、電壓調(diào)節(jié)和穩(wěn)定性。電感式開關具有很高的效率、高輸出電流，能夠隔離輸出電源，但是總BOM成本和解決方案總尺寸很高。結(jié)合電荷泵和LDO可實現(xiàn)低噪聲、高電源抑制比（PSRR）電源，而且成本低和尺寸小，但不能實現(xiàn)與電感式解決方案一樣高的電流。無論您的應用要求如何，TI都提供各種雙極電源參考設計，幫助您開始下一個設計。

審核編輯：何安淇