原標(biāo)題：如何在專業(yè)音頻應(yīng)用中生成負(fù)電源軌？

在專業(yè)音頻應(yīng)用中，生成負(fù)電源軌（如±15V、±12V）是確保運(yùn)放、ADC/DAC等器件正常工作的關(guān)鍵。負(fù)電源軌為信號提供參考地（0V）以下的電位，避免信號失真或削波。以下是生成負(fù)電源軌的詳細(xì)方法、原理及實(shí)踐建議：

1. 負(fù)電源軌的生成方法

1.1 反激式（Flyback）開關(guān)電源

• 原理：利用變壓器次級繞組的反激電壓生成負(fù)電壓。

• 實(shí)現(xiàn)方式：

• 初級繞組通電時(shí)，能量存儲(chǔ)在磁芯中；

• 初級斷電時(shí)，次級繞組通過二極管整流生成負(fù)電壓（需接地參考）。

• 優(yōu)點(diǎn)：

• 適合多路輸出（如±15V + 5V）；

• 體積小、效率高（70%~90%）。

• 缺點(diǎn)：

• 輸出紋波較大，需額外濾波；

• 設(shè)計(jì)復(fù)雜，需考慮磁平衡。

• 應(yīng)用場景：專業(yè)音頻接口、功放電源模塊。

1.2 電荷泵（Charge Pump）

• 原理：通過電容充放電實(shí)現(xiàn)電壓翻轉(zhuǎn)。

• 實(shí)現(xiàn)方式：

• 使用IC（如MAX1680、LM2776）將輸入正電壓（如+5V）轉(zhuǎn)換為負(fù)電壓（如-5V）；

• 通過倍壓或反相電路擴(kuò)展電壓范圍。

• 優(yōu)點(diǎn)：

• 成本低、體積小（無電感）；

• 靜態(tài)電流低（適合低功耗場景）。

• 缺點(diǎn)：

• 輸出電流能力有限（通常<100mA）；

• 輸出電壓隨負(fù)載變化（需反饋補(bǔ)償）。

• 應(yīng)用場景：便攜式音頻設(shè)備、運(yùn)放偏置電源。

1.3 線性穩(wěn)壓器（LDO）反相電路

• 原理：利用反相電荷泵或?qū)Ｓ肐C生成負(fù)電壓，再通過LDO穩(wěn)壓。

• 實(shí)現(xiàn)方式：

• 反相電荷泵生成-5V，再通過LDO（如TPS7A30）穩(wěn)壓至-15V；

• 或直接使用反相LDO（如LM7705）。

• 優(yōu)點(diǎn)：

• 輸出噪聲低（適合音頻）；

• 精度高（±1%~±2%）。

• 缺點(diǎn)：

• 效率低（輸入輸出壓差越大，效率越低）；

• 需散熱設(shè)計(jì)（大電流時(shí)）。

• 應(yīng)用場景：高精度音頻ADC/DAC、麥克風(fēng)前置放大器。

1.4 專用負(fù)壓生成IC

• 原理：集成開關(guān)電源或電荷泵電路，直接輸出負(fù)電壓。

• 推薦IC：

• LT1964：低噪聲LDO反相器，輸入+5V~+20V，輸出-5V~-20V（最大100mA）；

• ICL7660：經(jīng)典電荷泵IC，輸入+1.5V~+10V，輸出-1.5V~-10V（最大20mA）；

• TPS60403：高效率電荷泵，輸入+2.7V~+5.5V，輸出-2.7V~-5.5V（最大60mA）。

• 優(yōu)點(diǎn)：

• 集成度高，設(shè)計(jì)簡單；

• 部分IC支持低噪聲模式。

• 缺點(diǎn)：

• 輸出電流受限；

• 需外接電容（影響體積）。

• 應(yīng)用場景：便攜式音頻設(shè)備、耳機(jī)放大器。

2. 負(fù)電源軌的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 輸出電壓精度

• 要求：音頻應(yīng)用中，負(fù)電源軌的波動(dòng)應(yīng)小于±1%（如±15V電源的波動(dòng)應(yīng)<±0.15V）。

• 措施：

• 使用高精度穩(wěn)壓器（如TPS7A4901，輸出精度±0.8%）；

• 增加輸出濾波電容（如10μF陶瓷+100μF鉭電容）。

2.2 噪聲與紋波抑制

• 要求：電源噪聲應(yīng)低于音頻信號動(dòng)態(tài)范圍（如-100dB以下）。

• 措施：

• 在負(fù)電源軌上增加LC濾波器（如10μH電感+10μF電容）；

• 使用低噪聲LDO（如LT3045，噪聲<2μVRMS）。

2.3 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

• 要求：負(fù)載突變時(shí)，電源電壓波動(dòng)應(yīng)<±5%（如10ms內(nèi)恢復(fù)）。

• 措施：

• 增加輸出電容容量；

• 選擇高帶寬穩(wěn)壓器（如LT3094，帶寬>1MHz）。

2.4 效率與散熱

• 要求：高效率（>80%）以減少發(fā)熱。

• 措施：

• 開關(guān)電源效率優(yōu)于線性電源；

• 大電流時(shí)需加散熱片或使用熱增強(qiáng)封裝。

3. 典型應(yīng)用案例

案例1：專業(yè)音頻運(yùn)放電源（±15V）

• 方案：

• 正電源：AC-DC模塊輸出+18V，通過LDO（如LT3080）穩(wěn)壓至+15V；

• 負(fù)電源：反激式開關(guān)電源生成-18V，通過LDO（如LT1964）穩(wěn)壓至-15V。

• 優(yōu)點(diǎn)：

• 高效、低噪聲；

• 輸出電流能力大（>1A）。

案例2：便攜式音頻DAC電源（±5V）

• 方案：

• 使用電荷泵IC（如MAX1680）將+5V轉(zhuǎn)換為-5V；

• 輸出端增加LC濾波器（1μH+10μF）。

• 優(yōu)點(diǎn)：

• 體積小、成本低；

• 適合電池供電。

案例3：高精度音頻ADC電源（±12V）

• 方案：

• 正電源：LDO（如LT3045）輸出+12V；

• 負(fù)電源：反相LDO（如LM7705）輸出-12V。

• 優(yōu)點(diǎn)：

• 噪聲極低（<1μVRMS）；

• 適合高動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)用。

4. 常見問題與解決方案

5. 總結(jié)

在專業(yè)音頻應(yīng)用中生成負(fù)電源軌，需根據(jù)具體需求選擇方案：

• 高效率、大電流：反激式開關(guān)電源；

• 低成本、小體積：電荷泵IC；

• 高精度、低噪聲：反相LDO或?qū)Ｓ秘?fù)壓IC。

推薦方案：

• 便攜式設(shè)備：電荷泵（如TPS60403）+ LC濾波；

• 專業(yè)音頻接口：反激式開關(guān)電源 + LDO穩(wěn)壓；

• 高精度ADC/DAC：反相LDO（如LT1964）+ 輸出濾波。

通過合理設(shè)計(jì)，可確保負(fù)電源軌的穩(wěn)定性、低噪聲和高效率，滿足專業(yè)音頻的高要求。