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双电源设计概述
双电源设计概述
双电源是从单个输入源产生两种不同输出电压的电路。可能有多种类型和配置。最常见的配置提供两个不同的正直流电压输出或两个大小相等但极性相反的直流电压输出。
对于将数字控制与高功率功能相结合的电路，例如工业控制应用，通常需要两种不同的正直流电压输出。首先，稳定的低噪声 5V 电源为微控制器芯片和数字信号处理器等数字控制元件供电。其次，较高的电压输出随后用于开关和电机控制功能，其中较低的电源电压可能需要过高的电流。此类元件的噪声要求可能不太严格；实际上，它们可能会产生需要与数字控制电路隔离的噪声。
另一个典型的双电源应用是模拟信号处理和放大电路，例如音频设备。围绕运算放大器构建的电路或使用需要保留波形特性的模数转换器处理和转换模拟信号需要具有相同幅度的正负输出电压。通常，功率要求非常低的电路可以使用连接到电阻分压器电路的单个电源，从而创建虚拟接地。只要电阻上的功率损耗和压降是可以接受的，这种简单、低成本的解决方案就是有效的。为了更高的功率或更好的效率，双电源电路是必要的。
抽头变压器
生成双输出电压的最简单的方法是使用一个变压器上输出绕组具有两个抽头。例如，中心抽头变压器将产生两个相等的输出电压。根据变压器输出侧每个部分的绕组数量，定制变压器可以具有任何电压比。
变压器可以直接从交流电源（例如市电）连接，也可以从直流电源驱动，作为开关模式电源电路的一部分。例如，跨两个变压器输出的单个整流器，将第三个输出作为接地参考，将产生两个未调节的 DC 输出。然后可以根据需要分别对两个输出中的每一个应用调节和过滤。
在大小相等的正负输出电压的情况下，这些后整流器电路很可能几乎相同。唯一的区别是是否使用了集成电路稳压器。一个将调节正电压，另一个调节负电压，需要来自同一产品系列的不同型号。
在两个不同应用的正电压的情况下，每个电压的后整流电路可以针对每个电源驱动的电路进行优化。此外，可以根据需要调整稳压器和输出滤波，以满足整个器件的设计目标和约束条件。
单线变压器
为不同应用生成两个正电压的另一种选择是使用具有单个输出绕组的变压器，以通过传统的整流器、滤波器和稳压器电路生成更高的电压。然后可以使用第二个调节器产生第二个较低的电压以产生较低的输出电压。这种方法简化了变压器，但要权衡较低的电源轨将更容易受到较高电压轨上的负载造成的中断或干扰。
综合解决方案
对于仅低功率电路需要双电源且电路板空间非常宝贵的应用，单芯片电压转换器可以提供简单的解决方案。这些芯片将采用直流电源电压并产生等效的正负输出电压。
例如，Intersil ICL7660A 芯片是一种单片 CMOS 电源电路，它可以采用 +1.5V 至 +12V 范围内的输入电压，并以 95% 的电源效率生成 ±1.5V 至 ±12V 的输出电压。此功能可以通过 8 引脚芯片和两个外部电容器来实现，一个用作电荷泵，另一个用作电荷储存器。
设计技巧
为双电源设计电路和电路板布局应遵循与等效单电源完全相同的原则和规则。要考虑的其他因素是两种电源之间的相互作用。
一个电路产生的噪声可能会耦合到另一个电路，特别是如果来自两个电源的走线在电路板上并排布线。如果这是一个特殊问题，保持走线分离并以 90 度交叉走线可以最大限度地减少交叉耦合效应。
如果电源电路产生额外的局部加热，热管理考虑可能会受到影响，特别是在两个电源的组件关闭时。
概括
需要为电路提供双电源的设计人员可以使用一系列技术。最合适的将取决于电源驱动的负载（关于电流需求和对压降、纹波效应和噪声的容限）。此外，性能、成本和空间的共同权衡将决定从简单的电阻分压器到镜像开关模式电路的最佳解决方案。