降压-升压电路中电平转换的关键：高效产生负电压的策略

在电子电路设计中，负电压的生成是一个常见的需求，特别是在需要双极性电源的场合。反相降压-升压电路是一种能够从正电压产生负电压的有效方法，但在这种电路中，电平转换成为一个至关重要的环节。本文将深入探讨为什么需要在降压-升压电路中进行电平转换。

负电压的概念与应用

电压的大小是相对于选择的参考而言的。当实际电压低于比较电压时，电压值为负。负电压在电子系统中有着广泛的应用，例如在一些运算放大器中，需要正负电源同时提供才能正常工作。此外，负电压还可以为某些特殊电路提供低于参考地的偏置电压，如射频开关，或为某些电路提供更大的输出电压摆幅来提高动态范围。

反相降压-升压电路的工作原理

反相降压-升压电路是一种基本开关稳压器拓扑，它只需要一个电感、两个电容和两个MOSFET开关。该电路能够以地为基准，从正电压生成负电压。例如，从+12V可以生成-8V，甚至-14V。然而，当使用这种电路时，如果电源由主应用电路控制或监控，可能还需要电平转换电路。

图1.利用降压开关稳压器生成负电压的反相降压-升压拓扑

电平转换的必要性

在反相降压-升压电路中，GND引脚连接到所产生的负电压。这意味着开关稳压器IC上的所有引脚现在都以所生成的负电压为基准，而不是以系统地为基准。因此，从系统到IC或从IC到系统的通信线路和连接需要进行电平转换，以保障安全通信并防止损坏。

电平转换的必要性主要体现在以下几个方面：

电压不匹配：当系统地与IC的基准电压地(GND)之间存在电位差时，直接连接可能导致信号传输混乱或芯片损坏。因此，需要进行电平转换，以确保信号能够正确传输。

保护电路：电平转换电路能够保护电路免受由于电压不匹配引起的损坏。例如，当开关稳压器IC使用电源管理总线(如PMBus®)等数字总线时，整个总线连接必须采用电平转换或电气隔离才能运行。

提高系统稳定性：通过电平转换，可以确保系统在不同电压水平之间稳定工作，避免因电压波动而引起的系统不稳定。

电平转换的实现

电平转换电路的实现方式有多种，包括使用双极性晶体管、电阻等元件组成的电路。这些电路需要占用一定的空间，并增加了电路的复杂性和成本。然而，专为反相电压设计的开关稳压器IC(如MAX17579)可以免去对这种外部电路的使用需求，因为它们已经集成了电平转换功能。

此外，仿真工具(如LTspice®或EE-SIM®)可以帮助用户更好地了解反相拓扑中的稳压行为和潜在的电位差，并用于设计和优化电平转换电路。

结论

反相降压-升压电路在产生负电压方面具有重要意义，但在这种电路中，电平转换成为确保系统正常工作和保护电路免受损坏的关键环节。通过电平转换，可以解决电压不匹配问题，提高系统稳定性，并保护电路免受损坏。随着电子技术的不断发展，专为反相电压设计的开关稳压器IC将越来越广泛地应用于各种电子系统中，为电子工程师提供更加便捷、高效的解决方案。