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稳压降压-升压电荷泵
文章来源:永阜康科技 更新时间:2020/7/25 9:18:00
1、电荷泵电路动作原理

图2.电荷泵IC之使用电路

电荷泵电路通常又叫为切换式电容转换器(Switchedcapacitorconverter)包含二极管或切换开关与电容的切换网路,图2为电荷泵IC之使用电路,IC内部具有2个可控式开关与振荡器,其外部接2个电容C1、C2,此电路亦可由离散元件组成如图3(a)所示,只要1个振荡器,如NE555与1个逻辑反向,如4009UB及2个二极管D1、D2和2个电容C1、C2就可以组成简单的电荷泵电路。

图3(a)简单的电荷泵电路

其动作原理如下∶

(1)若控制脉冲为低电平时,其反向输出为高电平,其等效电路如图3(b)所示,此时D1乃顺向偏压,D2为逆向偏压,C1的跨压Vc1最高可充电至Vc1-(Vcc-Vd)的电压量,式中的Vd为二极管的顺向偏压,此时的电流方向如图上的I所示。

图3(b)控制脉冲(CLK)为低电平时的等效电路

(2)当控制脉冲为高电平时,其反向输出为低电平,此时C1的跨压Vc1的正端相当於接地,如等效电路图3(c)所示,此时D1为逆向偏压,而D2为顺向偏压,承接刚才的C1跨压,C2最高可充电至-(Vcc-2Vd)的电压,而其电压对应於接地是负的。

其中C1飞轮电电容来回移动,电荷由输入至输出,而C2储能电容稳住电荷,对输出电压有稳定作用。在此电路,可以控制脉冲的充电周期来达到理想的输出。

图3(c)控制脉冲(CLK)为高电平时的等效电路

然而电荷泵的电路除应用於降压外,仍可应用於升压,以MAXIM公司出品的IC编号为MAX619的电荷泵IC为例,如图4所示。其操作原理如下∶

(1)当开关SW1、SW3与SW7、SW5导通,而其他开关打开(OFF)时,其C1、C2各自充电至大小约为V1的电压。

(2)承上个状态,当开关SW2、SW4、SW6导通,而其他开关打开(OFF)时,前状态所充的约V一大小的电压和电容C1、C2上的电压串联起来对C4电容充电而得到输出电压Vo其最高可充至VI的3倍电压。

MAX619的使用规格为1.8V-3.6V时,输出可为5V/20mA,而输入大於3V时,输出可为5V/50mA,其消耗功率如下式∶Powerloss=Iout&TImes;[(2或3)VI-Vo]其消耗功率端视放大後的电压(2或3)VI和Vo的差压及输出电流Iout大小而定,由电路都是电容元件,此电路的效率会比低压降转换器(LDO)高得多,而且电路架构不需要电感,且其使用电容可用陶瓷电容就可以。因此电磁干扰小,体积及价格上亦较电感低,在便携式电源的设计当中占有极重要的角色。

2、电荷泵电路的特点

·容易使用∶除输入输出端各加1个电源外,再加1个泵电容(Cpump)就可以。

·相较於LDO,电路效率较高。

·低EMI或输出纹波。

·输出电源的瓦数和VI/Vout电压比值受限。

·价钱中等。

 
 
 
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