【导读】稳定的电源电压是电路设计的核心。电源转换器作为实现这一目标的核心器件，其拓扑结构的选择往往与具体电压需求紧密相关——降压与升压转换器已在各领域形成成熟应用，成为电路设计中的基础配置。然而，当应用场景延伸至需要正负电压切换的领域，如传感器信号处理、MOSFET栅极控制及电信系统供电时，传统拓扑便难以满足需求。本文梳理了从正电压生成负电压、从负电压生成正电压的实现方案，为从事电路设计与电源开发的技术人员提供了技术参考。
电源转换器常用于从现有电压轨为电路生成稳定的电源电压。在大多数应用中，电压通过降压转换开关稳压器降低。但有时候，电压需要升高，而这通常利用升压型转换器实现。降压和升压这两种拓扑结构应用于许多领域。
然而，有时电压需要反相。在大多数情况下，需要将正电源电压转换为负电压。这是为了给信号路径中的传感器供电，使其能够处理具有正负电压偏转的信号。例如，+5V和-5V用作运算放大器的电源，以处理信号电压。某些应用需要负电压来安全关断MOSFET的栅极。要从现有正电压产生负电压，图1所示的反相拓扑是合适的方案。其中，正电压被转换为负电压。这种电路结构简单，不需要变压器，可以利用标准降压型开关稳压器IC构建。降压型稳压器的输出电压连接至系统接地端，GND引脚电压产生负电压，该负电压可通过电阻分压器Rfb1和Rfb2进行调节。
图1.从正电压产生负电压的开关电源转换器
除了这种应用之外，有时还需要将负电压转换为正电压。一种常见应用是在电信领域，其中必须将-48 V转换为+48 V。此外，在工业领域也有应用。针对这一需求，确实存在一种不需要变压器的高效解决方案。图2展示了一种反相升压转换器，它能从负电压产生正电压。它需要的不是降压型稳压器，而是升压型稳压器IC。电源电平必须以适当的方式设计，使得开关的相应体二极管沿正确的方向导通。
图2.从负电压产生正电压的开关电源转换器
为了高效地将负电压转换为正电压并实现多种特性，需要额外的元器件。例如，不同的设置引脚需要电平转换，以实现软启动或时钟同步等功能。这些引脚上允许的电压范围取决于开关稳压器IC的GND引脚，即负输入电压。
图3.LTC7899电路的LTspice电路图
为了在较高功率下也能实现平稳的切换，可以使用专用开关稳压器IC来有效完成从负电压到正电压的转换。LTC7899就是这样的IC。它是一款开关电源升压转换器控制器，专为将负电压转换为正电压而设计。它使用外部开关，而且同步工作，并在输入和输出之间提供高达135 V的极宽电压范围。图3显示了仿真程序LTspice?中的LTC7899反相电路实现方案，用户可借助该软件对电路进行仿真分析。
总结
本文所探讨的两种反相转换方案，分别针对正转负、负转正的核心需求，既提供了无需变压器、基于标准稳压器IC的简易实现路径，降低了基础应用的设计门槛，也介绍了如LTC7899这类专用IC的解决方案，攻克了高功率、宽电压范围下的转换难题。这些技术方案的价值不仅在于满足传感器、运算放大器、电信设备等特定场景的供电需求，更体现了电源设计中“高效、简洁、适配性强”的核心原则。随着电路系统向高集成度、高功率密度方向发展，正负电压反相转换技术将面临更严苛的挑战，而专用IC的迭代与仿真工具的深度应用，必将为这一领域的技术创新提供更有力的支撑，推动电源转换技术在更广泛的场景中实现突破。
