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幾種產生反相電壓源的方法 作者 ： 林慶仁 一、 前言 在許多利用電池供電的電子電路中 ，常因為有一些元件需要雙電源供電而 大傷腦筋 ，例如ＬＣＤ顯示器、電壓比較器、運算放大器、A/D 轉換器…等元 件 ，這些元件的消耗電流可能不盡相同，但是雙電源供電的需求卻同樣為電池 供電帶來很多困擾 。本文將介紹幾種產生反相電壓源的方法，並分析其零件成 本 、轉換效率與輸出電流大小。 二、DC －DC 轉換器模組 DC －DC 轉換器模組是最常用來產生各種不同的需求電壓的元件 ，由於其 具有輸入與輸出間隔離的特性 ，因此可用來產生反相電壓源。其工作原理是利 用高速電子開關和電容 、電感等儲能元件組成震盪電路把直流電源變成高頻率 的交流訊號 ，再利用升（降）壓線圈、整流、濾波、穩壓電路來獲得想要的電 壓 。 DC －DC 轉換器模組輸出功率範圍大約在 0.5 瓦～25 瓦之間 ，轉換效率在 45％～80％之間 。圖一至圖四為在室溫（25℃）條件下DC －DC 轉換器模組的 一些典型的關係曲線 （摘自.tw ）。圖一顯示輸出負載越接 近飽和點 ，轉換效率越高。由圖二可看出在額定電流下 ，輸出電壓並不隨著負 載的大小而有大幅的變化 ；圖三更顯示當輸入電壓有±10％變動時 ，輸出電壓 幾乎維持不變 ，可見其穩壓效果相當良好，因此轉換效率會隨著輸入電壓減小 而略為提升 （圖四）。 此外 ，DC －DC 轉換器模組還具有輸出短路保護 、低漣波低雜訊輸出、寬 的輸入電壓範圍 、寬的工作溫度範圍及小型包裝等特性，故時常被當作電子零 件直接焊接在印刷電路板上 。雖然DC －DC 轉換器模組具有這麼多優點 ，但是 其價格也最為昂貴 ，單顆售價由台幣幾百元（0.5 瓦）到數萬元之間 ，售價隨著 輸出功率越大而越貴 ，因此，若非電源品質要求甚高或實驗用電路只求方便者， 一般都會採用別種方法 。 三、轉換 IC 許多 IC 製造廠為因應電路設計上的需求 ，也推出一些轉換IC ，在應 用上只要加入少許零件便可得到想要獲得的反相電壓 。以TI 公司出品的 LT1054 為例，加上 4 顆電容及 2 顆電阻即可構成反相電源產生器（如圖五）， LT1054 的最大輸出電流為 100 mA ，輸入工作電壓為3.5～15Ｖ ，在室溫下 輸入與輸出間的電位降在 1.1Ｖ以下 ，視輸出電流大小而定（如圖六所示）， 調整Ｒ2 電阻的大小即可改變輸出反相電壓的高低 。此外，LT1054 尚有各 種電路組態可用來產生比輸入電壓更高的正反相電壓輸出 ，各種應用電路 可參考 IC 資料手冊 。在成本方面，LT1054 的單顆零售價約在台幣 150 元 左右 ，如圖五的電路結構加上電容、電阻，總成本約只170 元左右 ，電路 成本比起 DC －DC 轉換器模組節省約 4 成左右 。 四、CMOS 電源轉換電路 另一種較低成本的反相電壓源產生器是利用震盪及倍壓整流電路來產 生反相電源 ，電路如圖七所示。一顆4069 IC 內共有 6 個 CMOS 反相器 （inverter ），利用其中兩個反相器和2 個電阻 （Ｒ1 、Ｒ2 ）、1 個電容 （Ｃ1） 組成震盪電路 ，剩下4 個反相器用來當作緩衝器 ，以提高供應電流，4 個 二極體 （Ｄ1～Ｄ4 ）和4 個濾波電容 （Ｃ2～Ｃ5 ）組成倍壓整流電路 ，提 供轉換電壓輸出 ，在圖七中，若Ａ點接地，則Ｂ點可得到 1 倍的反相電壓 ， Ｃ點可得到2 倍的反相電壓輸出 ；若Ｂ點接地，則Ａ點可得到1 倍的同相 電壓 ，Ｃ點可得到1 倍的反相電壓輸出 ；若Ｃ點接地，則Ａ點可得到2 倍 的同相電壓 ，Ｂ點可得到2 倍的同相電壓輸出 。 圖八至十三為Ａ點接地時 ，Ｃ點在各種輸入電壓下的輸出電壓、電流 曲線 。圖八、圖九顯示當IC 4069 的輸入電壓為 5V 時 ，輸出電流在1mA 以內可維持 4.75V 以上的反相輸出電壓，此時整個電路的消耗電流約 7mA ， 轉換效率約 14％ ；當輸入電壓提高為9V 時 ，輸出電流在5mA 以內可維持 9V 以上的反相輸出電壓 ，此時整個電路的消耗電流約22mA ，轉換效率提 高為 22％ （圖十、圖十一）；當輸入應電壓提高為