工業和醫療應用中的許多模擬功能，如放大器，傳感器，數據轉換器和其他此類電路，需要正負電源電壓才能工作。通常，這種電路需要±5 V，±12 V，±15 V或更高的電壓。然而，雖然正電壓在典型的印刷電路板（PCB）上是常見的，但是當所需的功率大于1W并且必須隔離電源時，產生負電壓變得具有挑戰性。

為簡化此類任務，德州儀器（TI），Maxim Integrated Products和Linear Technology等半導體供應商已使用各自的轉換器芯片或模塊生成設計。德州儀器公司產品營銷經理Rich Nowakowski撰寫的應用筆記中介紹了一種這樣的電路。它描述了從單個集成的寬輸入降壓轉換器（如公司的TPS54060）生成分離軌電源的技術。 ，這是一款60 V，0.5 A降壓穩壓器，集成了高端MOSFET。對于具有雙隔離輸出電壓的更高輸出電流，TI采用公司的fly-buck DC/DC轉換器TPS55010和現成的變壓器提供分離軌解決方案。包括高側和低側FET的半橋功率級集成在同一封裝中。

圖1顯示了使用反相降壓 - 升壓拓撲和變壓器耦合分離軌設計產生正輸出電壓和負輸出電壓的電路。該設計采用降壓型DC/DC轉換器TPS54060A實現，該轉換器采用60 V，0.5 A降壓穩壓器，集成了高端MOSFET。除了產生分壓之外，DC/DC轉換器還配置為調節正電壓并使用次級繞組來調節負輸出。

圖1：使用降壓穩壓器TPS54060的變壓器耦合分離軌設計。

降壓轉換器TPS54060的接地引腳連接到負輸出VONEG，輸出電容的正極引線接地。通過選擇電阻分壓器R1和R2的值來調節輸出電壓VONEG。變壓器的初級側輸出電壓反射到次級側。因為初級和次級繞組的極性相反，所以從初級側負電壓產生正的次級側電壓。

使用該電路，設計人員可在高達100 mA的電流下產生±18 V電壓。用于計算本設計中使用的元件值的公式在應用筆記SLVA369A中給出。2可以通過改變轉換器電阻分壓器的值來產生其他輸出電壓。設計實例為正負輸出電壓提供高達100 mA的電流。

有幾家制造商提供各種標準值，飽和電流和尺寸的現成耦合電感器。該轉換器使用外部補償進行穩定性優化，并使用集成功率MOSFET來減少部件總數。除了電感和DC/DC轉換器，其他主要外部元件是兩個功率二極管，以及陶瓷輸入和輸出電容。其余組件是配置DC/DC轉換器的小電阻器和電容器。該解決方案不提供輸入和輸出之間的隔離。

隔離式分離軌電壓

對于需要隔離式分離軌電壓的應用，Nowakowski提供了一種采用飛降降壓轉換器的電路，這是一種反激式拓撲的變體，并集成了一個高低功率級側功率MOSFET。更重要的是，變壓器驅動提供隔離的雙輸出電壓。如圖2所示，使用具有2μH變壓器的飛降降壓轉換器TPS55010產生正輸出和負輸出，使用1：8：8匝數比，在40 mA時提供±15 V輸出，每個輸出電壓為5 V輸入源。兩個輸出的調節精度主要取決于變壓器，低側MOSFET和二極管損耗。因此，輸出電壓降隨著輸出電流的增加而增加，這傾向于限制給定輸出電壓的最大輸出功率。

圖2：使用帶有多繞組變壓器的fly-buck轉換器產生隔離的正負輸出電壓。

fly-buck轉換器的一個優點是輸入和輸出通過變壓器的磁耦合隔離。此外，由于沒有光耦合器，因此使用了初級側反饋，因此節省了大量成本。此外，集成輸出功率級以消除外部功率MOSFET的使用。

初級側電容器上的電壓由控制器調節，該電壓通過變壓器反射到輸出端。 Fly-buck的輸出電壓由變壓器的匝數比和VSENSE引腳上的分壓電阻值決定，這為選擇輸出電壓提供了許多選擇。同樣，為了從+5 V輸入產生40 mA的隔離±12 V，凌力爾特公司推薦其LT3574，一種隔離式反激式轉換器。該器件直接從初級側反激波形檢測隔離輸出電壓，不需要光隔離器進行調節。

從電池產生±電壓

許多電池供電的產品，如手持式儀器，數據采集系統和面板儀表，3 V鋰電池需要±6 V，而模擬電路需要±10 V標準的+5 V邏輯電源。對于需要低電流的此類應用，Maxim Integrated Products已準備好單片CMOS雙電荷泵電壓轉換器，如MAX680/MAX681。如圖3所示，單片電壓轉換器提供正升壓電荷泵，從+ 5V輸入產生+10 V電壓，以及反相電荷泵，產生-10 V輸出。兩個器件都具有片內8 kHz振蕩器。雖然MAX681的封裝內部是電容，但MAX680需要四個外部電容才能從單電源產生正負電壓。在該示例中使用廉價的電解電容器。

圖3：單片電荷泵電壓轉換器MAX680僅需四個外部電容即可從單電源產生正負電壓。

輸出源阻抗通常為150Ω，可提供高達10 mA的有用輸出電流。低靜態電流和高效率使該器件適用于需要單電源產生正負電壓的各種應用。

Maxim還推薦MAX865用于更喜歡以更高頻率切換的設計。該器件工作頻率范圍為200至400 kHz，采用較小的電容器。