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引言：繼續(xù)說說正電源轉(zhuǎn)負(fù)電源的原理，這里通過仿真得到直觀的結(jié)果，供大家查看。
上次對開關(guān)電容式專用芯片轉(zhuǎn)換原理做了比較詳細(xì)的介紹，由于時間關(guān)系，對分立元器件搭建的開關(guān)電容式原理只是做了簡單的介紹，這次我們通過利用Saber仿真來理解電路原理。
首先我們給出下面電路圖，如下圖是利用Saber仿真軟件繪制的電路；

電路主要組成部分：
①脈沖源，即一定頻率的方波振蕩器，這里我們選擇頻率20kHz，占空比D=50%的方波信號源，Saber設(shè)置（周期"period"，有效脈沖寬度"width"，幅值"pulse"）
②直流電源，這里我們選擇正15V
③推挽開關(guān)電路，承擔(dān)電源變換，主要器件有NPN三極管Q1、PNP三極管Q2、無源二極管開關(guān)D1和D2以及變換儲能電容C1和C2
二極管D1和D2選擇壓降較低的肖特基為宜。
④假負(fù)載，阻性負(fù)載r3（實際電路中，根據(jù)情況選電阻大?。?br /> 仿真結(jié)果：如下圖所示，中間"中間轉(zhuǎn)換電容"即能量中轉(zhuǎn)站，使用差分探頭測試

工作過程：驅(qū)動源在"高電平"情況下，開關(guān)管Q1導(dǎo)通，Q2截止，直流供電電源給中間轉(zhuǎn)換電容C1充電；當(dāng)驅(qū)動源為低電平時，開關(guān)管Q2導(dǎo)通，Q1截止，C1的電能通過Q2轉(zhuǎn)入輸出電容C2。如下波形圖是在開啟1ms內(nèi)的情況，中轉(zhuǎn)電容C1電壓逐漸上升，輸出電容電壓逐漸向反方向上升，出現(xiàn)負(fù)壓給負(fù)載供電。

隨著時間的推移，中轉(zhuǎn)電容C1和負(fù)載電容C2電壓逐漸到達(dá)穩(wěn)態(tài)，波形如下：

最終穩(wěn)態(tài)下，中轉(zhuǎn)電容C1兩端的電壓約為+4.26V（波形坐標(biāo)查看），輸出電容C2兩端電壓約為-3.63V（波形圖中查看）。
結(jié)果分析：
上述，我們驅(qū)動源幅值是5V，直流電源是15V，為何得到輸出電壓Vout只有-3.63V呢？我們得到一個既小于5V更是小于15V的輸出電壓。
①為什么C1電壓是4.26V？如下圖，中轉(zhuǎn)電容C1充電，Q1要導(dǎo)通，基極電壓必須要大于開通閾值，對于鍺管VBE≥0.3V，無源二極管開關(guān)D1選擇肖特基，正向?qū)▔航礦F≈0.3左右，所以中轉(zhuǎn)電容C1上的電壓是由驅(qū)動源幅值決定的，因為至少要保證Q1導(dǎo)通，所以C1的電壓是5V-VBE-VF≈4.26V。

②為什么輸出電壓是-3.63V？，如下圖，當(dāng)驅(qū)動源為低電平時，Q2導(dǎo)通，所以要給輸出電容C2充電，必須除去Q2的飽和壓降VCE和D2的正向?qū)▔航?，所以Vout≈-（4.26V-VCE-VF）≈-3.63V，這里由于Q1和Q2開關(guān)轉(zhuǎn)換，直流源給C1充電，C1作為一個單獨的電源，給C2電容泄放電荷，由于C2正向正好是系統(tǒng)參考地，電位為"零"，從如圖Vout引出的電壓到參考地"gnd"剛好為負(fù)。

改進(jìn)直流供電：
上面電路直流電源是15V，當(dāng)用5V作為驅(qū)動源是不合理的，因為每當(dāng)開關(guān)開通，15V直流電源給C1充電至4.26V，剩余電壓大部分降落在開關(guān)管Q1上面，Q1其實工作在了線性區(qū)而不是飽和區(qū)，這樣導(dǎo)致Q1稱為一個電阻，發(fā)熱嚴(yán)重。根據(jù)上述結(jié)果分析，直流電源我們就選5V，這樣對于Q1來說，多數(shù)時間工作接近飽和區(qū)，電源整體效率也會高一些，所以驅(qū)動源和直流供電幅值相等才是比較合理的。
如下圖是將直流電源改為5V的仿真原理圖：

看下面放在同一個坐標(biāo)下的的波形：