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随着电子技术的飞速发展，现代电子测量装置往往需要负电源为其内部的集成电路芯片与供电。如集成、电压、霍尔传感器等。
负电源的好坏很大程度上影响电子测量装置运行的性能，严重的话会使测量的数据大大偏离预期。目前，电子测量装置的负电源通常采用抗干扰能力强，效率高的供电方式。以往的隔离开关电源技术通过变压器实现负电压的输出，但这会增大负电源的体积以及电路的复杂性。而随着越来越多专用集成控制芯片的出现，使得电路简单、体积小的非隔离负电压开关电源在电子测量装置中得到了越来越广泛的应用。因此，对非隔离负电压开关电源的研究具有很高的实用价值。
传统的非隔离负电压开关电源的电路拓扑有以下两种，如图1、图2所示。图3是其滤波输出的充电波形。由图3可见，采用图2结构的可获得输出纹波更小的负电压电源，并且在相同电感峰值电流的情况下其带负载能力更强。由于图2的开关器件要接在电源的负极，这会使得其控制电路会比图1来得复杂，因此在市场也没有实现图2电路结构（类似于线性稳压电源调节芯片7915功能）的负电压开关电源控制芯片。
为了弥补现有非隔离负电压开关电源技术的不足，以获得一种带负载能力强、输出纹波小的非隔离负电压开关电源，本文提出一种采用boost开关电源控制芯片lt1935及分立元件实现了图2所示原理的基于峰值电流控制的新型非隔离负电压dc/dc开关电源。
图1 传统的非隔离负电压开关电源电路结构1
图2 传统的非隔离负电压开关电源电路结构2
图3 两种开关电源滤波电容的充电电流波形
1 工作原理分析
本文设计的非隔离负电压dc/dc开关电源如图4所示，负电源工作在连续电流模式。当电源控制器lt1935内部的功率三极管导通时，直流电源给输出电感l1和输出电容c1充电。当电源控制器lt1935内部的功率三极管关断时，输出电感l1中的电流改由通过肖特基vd1提供的低阻抗回路继续给输出电容c1充电直至下一个周期电源控制器lt1935内部的功率三极管再次导通。可见电容c1在输出电感l1储存能量和释放能量的过程中均获得充电，从而减小了输出纹波电压。同时，在ccm条件下，输出电流在lt1935内部功率三极管的导通和关断期间均通过输出电感l1，这很大程度上抑制了输出电流的波动，降低了输出纹波电流的影响，进而大大增加系统的带负载能力和效率。
反馈控制回路采用了峰值电流控制。相比传统的电压控制，峰值电流控制一方面能很好的改善电源的动态响应，另一方面还能实现快速的过电流保护，很大程度上提高了系统的可靠性。由于采用了电源控制器lt1935，其内部集成了峰值电路控制电路和斜坡补偿电路，非隔离负电压dc/dc开关电源反馈回路设计即转换为补偿网络设计，进而大大简化了反馈回路的设计。
为防止过高的直流电源对电源控制器的危害，这里使用稳压管vd2和vd3实现过电压保护。
图4 非隔离负电压dc/dc开关电源硬件电路图
2 补偿网络
2.1 非隔离负电压开关电源小信号建模
从本质上来讲，本文介绍的非隔离负电压dc/dc开关电源为非隔离负电压buck开关电源，其等效功率级电路原理图如图5所示，这里考虑了输出滤波电容的等效串联电阻resr对系统的影响。
图5 非隔离负电压buck开关电源等效功率级电路原理图
图6给出图5利用平均电路法建立的非隔离负电压buck开关电源ccm大信号模型。设vi为输入电压的稳态值，vo为输出电压的稳态值，vpc为受控电压源两端电压的稳态值，ii为输入电流的稳态值，il为输出电感电流的稳态值，d为占空比的稳态值。
图6 非隔离负电压buck开关电源ccm大信号模型
引入上述稳态值对应的小信号扰动
。
令：
可以推导出：
若小信号干扰满足d，忽略二次项并化简等式（3）和等式（4）得，的线性化表达式为：
根据等式（5）和等式（6），即可得到图7所示的用理想变压器表示非隔离负电压buck开关电源的ccm小信号模型。
图7 非隔离负电压buck开关电源ccm小信号模型
2.2 补偿网络设计
图8为电流连续模式下峰值电流控制（ccmcpm）型非隔离负电压buck开关电源的系统框图。控制环路包括了电流内环和电压外环两个部分。补偿网络属于电压外环，因此设计补偿网络需要先建立包含电流控制内环的小信号模型。
图8 ccm-cpm型非隔离负电压buck开关电源系统框图
假设系统稳定，且忽略输出电感纹波电压及人工斜坡补偿的影响，则输出电感电流等于控制电流，即：
根据图7所示的非隔离负电压buck开关电源ccm小信号模型，同时将等式（7）带入化简得，ccm-cpm型非隔离负电压buck开关电源的动态方程为：
利用等式（8）和等式（9）可以很容易的建立图9所示的ccm-cpm型非隔离负电压buck开关电源小信号模型。
图9 ccm-pwm型非隔离负电压buck开关电源小信号模型
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lmt90是一款精准的集成电路温度传感器，此传感器能够使用一个单一正电源来感测-40°c至+ 125°c的温度范围.lmt90的输出电压与摄氏（摄氏温度）温度（+ 10mv /°c）成线性正比，并且具有一个+ 500mv的dc偏移电压。此偏移在无需负电源的情况下即可读取负温度值。对于-40°c至+ 125°c的温度范围，lmt90的理想输出电压范围介于+ 100mv至+ 1.75v之间.lmt90在无需任何外部校准或修整的情况下即可在室温下提供±3°c的精度，并在整个-40°c至+ 125°c温度范围内提供±4°c精度.lmt90的晶圆级修整和校准确保了低成本和高精度.lmt90的线性输出，+ 500mv偏移和出厂校准简化了要求读取负温度的单电源环境中所需要的电路.lmt90的静态电流少于130μa，因此在空气不流动环境中自发热被限制在极低的0.2 °c水平上。 lmt90是一款具有 所有商标均为其各自所有者的财产。 应用范围 工业领域 制热，通风与空调控制（hvac） 磁盘驱动器 汽车用 便携式医疗仪器 ...
发表于09-19 16:440次 阅读
lmt86-q1是精密cmos温度传感器，典型精度为±0.4°c（ 大值为±2.7°c），线性记录输出电压与温度。 2.2v电源电压工作，5.4μa静态电流和0.7ms上电时间，有效的功率循环架构可 大限度地降低无人机和传感器节点等电池供电应用的功耗。 lmt86-q1器件符合aec-q100 0级标准，在整个工作温度范围内保持±2.7°c的 大精度，无需校准;这使得lmt86-q1适用于信息娱乐，集群和动力系统等汽车应用。 lmt86-q1在宽工作范围内的精度和其他特性使其成为热敏电阻的绝佳替代品。 对于具有不同平均传感器增益和相当精度的器件，请参考可比替代器件 lmt8x系列中的替代器件。 特性 lmt86-q1符合aec-q100标准，适用于汽车应用： 器件温度等级0：-40°c至+ 150°c 器件hbm esd分类等级2 器件cdm esdclassification level c6 非常精确：±0.4°c典型 2.2 v低工作 平均传感器增益-10.9 mv /°c ...
发表于09-19 16:400次 阅读
lmt85是一款高精度cmos温度传感器，其典型精度为±0.4°c（ 大值为±2.7°c），且线性模拟输出电压与温度成反比关系.1.8v工作电源电压，5.4μa静态电流和0.7ms开通时间可实现有效的功率循环架构，以 大限度地降低无人机和传感器节点等电池供电应用的功耗.lmt85lpg穿孔to-92s封装快速热时间常量支持非板载时间温度敏感型应用，例如烟雾和热量探测器。得益于宽工作范围内的精度和其他特性，使得lmt85成为热敏电阻的优质替代产品。 对于具有不同平均传感器增益和类似精度的器件，请参阅类似替代器件了解lmt8x系列中的替代器件。 特性 lmt85lpg（to-92s封装）具有快速热时间常量，典型值为10s（气流速度为1.2m /s） 非常精确：典型值±0.4°c 1.8v低压运行 -8.2mv /°c的平均传感器增益 5.4μa低静态电流 宽温度范围：-50°c至150°c 输出受到短路保护 具有±50μa驱动能力的推挽输出< /li> 封装尺寸兼容...
发表于09-19 16:340次 阅读
lmt70是一款带有输出使能引脚的超小型，高精度，低功耗互补金属氧化物半导体（cmos）模拟温度传感器lmt70几乎适用于所有高精度，低功耗的经济高效型温度感测应用，例如物联网（iot）传感器节点，医疗温度计，高精度仪器仪表和电池供电设备.lmt70也是rtd和高精度ntc /ptc热敏电阻的理想替代产品。 多个lmt70可利用输出使能引脚来共用一个模数转换器（adc）通道，从而简化adc校准过程并降低精密温度感测系统的lmt70还具有一个线性低阻抗输出，支持与现成的微控制器（mcu）/adc无缝连接.lmt70的热耗散低于36μw，这种超低自发热特性支持其在宽温度范围内保持高精度。 lmt70a具有出色的温度匹配性能，同一卷带中取出的相邻两个lmt70a的温度 多相差0.1°c。因此，对于需要计算热量传递的能量计量用而言，lmt70a是一套理想的解决方案。 特性 精度： 20°c至42°c范围内为±0.05°c（典型值）或±0.13 °c（ 大值） -20°c至90°c范围内为±0...
发表于09-19 16:3221次 阅读
tmp75b-q1是一款集成数字温度传感器，此传感器具有一个可由1.8v电源供电运行的12位模数转换器（adc），并且与行业标准lm75和tmp75引脚和寄存器兼容。此器件采用soic-8和vssop-8两种封装，不需要外部元件便可测温.tmp75b-q1能够以0.0625°c的分辨率读取温度，额定工作温度范围为-40°c至125°c。 tmp75b-q1特有系统管理总线（smbus）和两线制接口兼容性，并且可在同一总线上，借助smbus过热报警功能支持多达8个器件。利用可编程温度限值和alert引脚，传感器既可作为一个独立恒温器运行，也作为一个针对节能或系统关断的过热警报器运行。 < p>厂家校准的温度精度和抗扰数字接口使得tmp75b-q1成为其他传感器和电子元器件温度补偿的首选解决方案，而且无需针对分布式温度感测进行额外的系统级校准或复杂的电路板局布线。 tmp75b-q1非常适用于各类汽车应用中的热管理和保护，而且是pcb板装ntc热敏电阻的高性能替代元件。 特性 符合汽车应用要求 具有符合aec-q100的下列结果： ...
发表于09-19 16:297次 阅读
lm98714是一款完全集成的高性能16位，45 msps信号处理解决方案，适用于数码彩色复印机，扫描仪和其他图像处理应用。采用相关双采样（cds）的创新架构实现了高速信号吞吐量，cds通常用于ccd阵列，或采样和保持（s /h）输入（用于接触式图像传感器和cmos图像传感器）。信号路径采用8位可编程增益放大器（pga），±9位偏移校正dac和每个输入独立控制的数字黑电平校正环路。 pga和偏移dac独立编程，为三个输入中的每一个提供唯一的增益和偏移值。然后将信号路由至45 mhz高性能模数转换器（adc）。全差分处理通道具有出色的抗噪能力，具有-74db的极低本底噪声。 16位adc具有出色的动态性能，使lm98714在图像复制链中透明。 特性 lvds /cmos输出 lvds /cmos像素速率输入时钟或adc输入时钟 用于ccd或cis传感器的cds或s /h处理 每个通道的独立增益/偏移校正 每个通道的数字黑电平校正环 可编程输入钳位电压 灵活的ccd /cis传感器定时发生器 ...
发表于09-19 16:245次 阅读
lm20是一款精密模拟输出cmos集成电路温度传感器，工作温度范围为-55°c至130°c。电源工作范围为2.4 v至5.5 v.lm20的传递函数主要是线性的，但具有轻微可预测的抛物线曲率。当指定为抛物线传递函数时，lm20的精度在环境温度为30°c时为±1.5°c。温度误差线性增加，在极端温度范围内达到 大±2.5°c。温度范围受电源电压的影响。在2.7 v至5.5 v的电源电压下，极端温度范围为130°c和-55°c。将电源电压降至2.4 v会将负极性值更改为-30°c，而正极值则保持在130°c。 lm20静态电流小于10μa。因此，静止空气中的自加热低于0.02℃。 lm20的关断功能是固有的，因为其固有的低功耗允许它直接从许多逻辑门的输出供电，或者不需要关闭。 特性 额定-55°c至130°c范围 sc70和dsbga封装可用 < li>可预测的曲率误差 适用于远程应用 30°c±1.5至±4°c（ 大）时的精度 130°c时的精度和-55°c±2.5至±5°c（ 大值...
发表于09-19 16:2328次 阅读
lmt89器件是一款高精度模拟输出cmos集成电路温度传感器，工作温度范围为-55°c至130°c。其工作电源范围当前指定lmt89器件的传递函数为抛物线传递函数时，其在30°c的环境温度下的精度通常为±1.5°c。温度误差线性增加，并且在极端温度范围时达到一个±2.5°c的 大值。此温度范围受电源电压的影响。当电源电压范围为2.7v至5.5v时，温度范围的上下限分别130°c和-55°c。当电源电压降至2.4v时，下限值将变为-30°c，而上限值将保持在130°c。 工业 制热，通风与空调控制（hvac） 汽车 磁盘驱动器 便携式医疗仪器 计算机 电池管理 打印机 电源模块 传真机 移动电话< /li> 汽车 所有商标均为其各自所有者的财产。所有商标均为其各自所有者的财产。 参数 与其它产品相比 模拟温度传感器 local sensor accuracy (max) (+/- c) ...
发表于09-19 16:220次 阅读
lmt84-q1是一款精密cmos温度传感器，其典型精度为±0.4°c（ 大值为±2.7°c），且线性模拟输出电压与温度成反比关系.1.5v工作电源电压，5.4μa静态电流和0.7ms开通时间可实现有效的功率循环架构，以 大限度地降低无人机和传感器节点等电池供电应用的功耗。 lmt84-q1器件符合aec-q100 0级标准，在整个工作温度范围内可保持±2.7°c的 大精度，且无需校准;因此lmt84-q1适用于汽车应用，例如信息娱乐系统，仪表组和动力传动系统。得益于宽工作范围内的精度和其他特性，使得lmt84-q1成为热敏电阻的优质替代产品。 对于具有不同平均传感器增益和类似精度的器件，请参阅类似替代器件 特性 lmt84-q1符合aec-q100标准且适用于汽车应用： 器件温度等级0：-40°c至+ 150°c 器件人体放电模型（hbm）静电放电（esd）分类等级2 器件cdm esd分类等级c6 非常精确：典型值±0.4°c 1.5v低压运行 -5...
发表于09-19 16:200次 阅读
lm50和lm50-q1器件是精密集成电路温度传感器，使用单个正极可检测-40°c至125°c的温度范围供应。器件的输出电压与温度成线性比例（10 mv /°c），直流偏移为500 mv。偏移允许在不需要负电源的情况下读取负温度。 lm50或lm50-q1的理想输出电压范围为100 mv至1.75 v，温度范围为-40°c至125°c范围。 lm50和lm50-q1无需任何外部校准或微调即可在室温下提供±3°c的精度，在-40°c至125°c的整个温度范围内提供±4°c的精度。在晶圆级修整和校准lm50和lm50-q1可确保低成本和高精度。 lm50和lm50-q1的线性输出，500 mv偏移和工厂校准简化了在需要读取负温度的单一电源环境中的电路要求。由于lm50和lm50-q1的静态电流小于130μa，静止空气中的自热限制在0.2°c以下。 特性 lm50-q1符合aec-q100 1级标准，采用汽车级流程制造 直接校准摄氏（摄氏） 线性+ 10 mv /°c比例因子 ±2°c 25°c时指定的准确度 指定为-40°至小于130&mu...
发表于09-19 16:1710次 阅读
tmp75和tmp175器件属于数字温度传感器，是负温度系数（ntc）和正温度系数（ptc）热敏电阻的理想替代产品。无需校准或外部组件信号调节即可提供典型值为±1°c的精度。器件温度传感器为高度线性化产品，无需复杂计算或查表即可得知温度。片上12位模数转换器（adc提供低至0.0625°c的分辨率。这两款器件采用行业标准lm75 soic-8和msop-8封装。 tmp175和tmp75与smbus，两线制和i 2 c接口兼容.tmp175器件允许一条总线上 多连接27个器件.tmp75允许一条总线上 多连接8个器件.tmp175和tmp75都具有smbus报警功能。 tmp175和tmp75 tmp175和tmp75器件的额定工作温度范围为-40°c至+125 ℃。 tmp75生产单元完全通过可追溯nist的传感器测试，并且已借助可追溯nist的设备使用iso /iec 17025标准认可的校准进行验证。末尾新增了一段内容 特性 tmp175：27个地址 tmp75：8个地址，美国国家标准与技术研究所（nist）可追溯 数字输出：smbus...
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