在电路设计领域，负电压电路是一个关键且复杂的部分。本文将系统且深入地阐述负电压电路产生的原理、应用价值，并详细介绍两种常用的设计实现方案。这两种方案均能成功实现 5V 转 - 5V 输出，其中电荷泵方案纹波更小，DCDC 方案承载能力更强，为不同需求场景提供了明确的选型依据。通过原理 - 方案 - 实测的全链路解析，为负电压电路设计提供极具可复用性的技术指南。
在电路设计过程中，负电压的应用场景十分常见，例如运放电路。那么，究竟什么是负电压？其产生原理又是什么呢？接下来将为大家一一解答，同时还设计了两款负电压电路，方便大家在实际应用中使用。大家也可参考得捷 B 站的相关视频 “负电压是怎么来的？2 个经典负电压电路详解”，点击 “阅读原文” 即可观看。
电压是衡量两点之间电势差的物理量。当提及某一点的电压是 “+ 5V” 或 “ - 5V” 时，必须明确这是相对于哪个参考点而言的。这个参考点通常被称为 “地” 或 “0V”，它可以是一个公共接地点、电源的负极，也可以是电路中任意选定的一点作为参考基准。
如果一个点相对于参考点的电位更低，那么该点的电压就是负的。以一节标准的 1.5V 电池为例，如果定义电池的负极为参考点（0V），那么正极相对于负极就是 + 1.5V；若定义电池的正极为参考点（0V），那么负极相对于正极就是 - 1.5V。电池电压本身并未改变，两极之间始终保持 1.5V 的电位差，但参考点的选择决定了每个点电压的正负。
负电压在众多应用场景中都发挥着重要作用。在放大器电路方面，如信号调理模块、传感器接口电路等运放电路，以及一些精密仪器、数据采集系统、医疗设备中的生物电信号处理，
运算放大器需要对称的正负电源，以确保信号能在零电平上下波动，实现高精度放大或滤波。
通信系统中，RS - 232 接口使用 - 3V ~ - 15V 表示逻辑 “1”， + 3V ~ + 15V 表示逻辑 “0”，这样的正负电压差远大于噪声干扰，增强了长距离传输时的抗干扰能力。
音频设备里，高保真功放、音响系统中常见的 B 类音频放大器，需要正负电源驱动输出级
晶体管，以消除交越失真。
航空航天设备方面，飞行器舵机控制器、传感器模块中的驱动执行机构或处理传感器信号时需要负电压供电，以确保系统的抗干扰能力。
测量仪器，如示波器、信号发生器、频谱仪等，使用负电压为模拟前端（AFE）和高精度 ADC 提供双极性电源，保证信号的动态范围和线性度。此外，显示设备、医疗设备、功率
电子器件驱动等也都需要负电压。
负电压产生的本质是通过储能元件（电容或电感）改变参考点的电位。其原理主要有两种：
- 电荷泵原理：利用电容电压极性翻转特性，将正电压 “搬移” 为负电压。在实际应用中，为减小二极管的压降影响，可选用压降较低的肖特基二极管。电荷泵的输出电压依赖输出电容所储存的能量，所以一般不用于大电流电路，常用于 DC/DC 转换器辅助电压输出。
- 反极性 Buck - Boost 拓扑：通过开关控制电感电流方向，实现电压极性反转。电源控制器通过控制 mos 管的 G 极电压来实现对开关管的通断。当 mos 管闭合导通时，电感充电；关断时，电感给电容充电并为负载供电，通过不断控制开关管的开与关，使输出持续为负电压。
在介绍了两种基本的负电压电路原理后，我们设计了两个负电压电路进行实测。
- 电荷泵方案：采用 TI 的 TPS60403 电荷泵电压反相器芯片。这类集成式芯片具有电压精度高、纹波小且体积小的优点。除了 TPS60403，还有 TI 的 LM27762、ADI 的 LTC3265、MAX1673 等芯片可供选择。TPS60403 通过内部开关周期翻转外部电容器连接实现电压反转，无需电感器，支持 1.6V 至 5.5V 宽输入范围，兼容多种电池或稳压电源，输出电流 60mA，典型转换效率 > 90%，固定 250kHz 开关频率降低了噪声设计复杂度，仅需 3 个 1μF 外部电容器（推荐 X5R/X7R 陶瓷电容）就可构建完整逆变电路。设置输入电源为 + 5V，实测输出电压为 - 5V。
- DCDC 方案：选用经典的 DCDC 转换器 TPS5430。它本质是降压型 DC - DC 转换器，通过反向升降压拓扑可实现负电压输出，只需对其电路接地端进行调整，将原 GND 引脚改为负压输出端（ - Vout），原 VOUT 引脚接地。当开关导通时，电感充电，负载由输出电容供电；开关关断时，电感给电容充电并为负载供电，输出持续为负电压。由于 TPS5430 是降压型 DC - DC 转换器，使用时要求输入电压的大于输出电压的，设置输入电源为 + 5.5V，实测输出电压为 - 5V。
