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電荷�
閱讀�14181�(shí)間:2011-05-20 15:33:19

  電荷泵是一�DC/DC變換�,它將輸入的正電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的負(fù)電壓,即VOUT= -VIN。另�,它也可以把輸出電壓�(zhuǎn)換成近兩倍的輸入電壓,即VOUT�2VIN。由于它是利�電容的充�、放電實(shí)�(xiàn)電荷�(zhuǎn)移的原理�(gòu)成,所以這種電壓反轉(zhuǎn)器電路也稱為電荷泵變換器(Charge Pump Converter)即電荷��

分類

  電荷泵可分為�

  1、開�(guān)式調(diào)整器升壓��

  2、無�(diào)整電容式電荷�

  3、可�(diào)整電容式電荷�

工作過程

  電荷泵工作過程首先貯存能�,然后以受控方式釋放能量,以獲得所需的輸出電壓。開�(guān)式調(diào)整器升壓泵采用電感器來貯存能�,而電容式電荷泵采用電容器來貯存能��

工作原理

  電荷泵變換器的基本工作原理如圖所示。它由振蕩器、反相器及四�(gè)模擬開關(guān)組成,外接兩�(gè)電容C1、C2 �(gòu)成電荷泵電壓反轉(zhuǎn)電路�

  振蕩器輸出的脈沖直接控制模擬開關(guān)S1及S2;此脈沖�(jīng)反相器反相后控制S3及S4。當(dāng)S1、S2 閉合�(shí),S3、S4 斷開;S3、S4 閉合�(shí),S1、S2 斷開�

  �(dāng)S1、S2 閉合、S3、S4 斷開�(shí),輸入的正電壓V+向C1 充電(上正下�(fù)),C1 上的電壓為V+;當(dāng)S3、S4閉合、S1、S2斷開�(shí),C1向C2放電(上正下�(fù)),C2上充的電壓為-VIN,即VOUT=-VIN。當(dāng)振蕩器以較高的頻率不斷控制S1、S2 及S3、S4 的閉合及斷開�(shí),輸出端可輸出變換后的負(fù)電壓(電壓轉(zhuǎn)換率可達(dá)99%左右��

  由圖3 可知,電荷泵電壓反轉(zhuǎn)器并不穩(wěn)壓,即有�(fù)載電流時(shí),輸出電壓將有變�。輸出電流與輸出電壓的變化曲線(輸出特性)稱為輸出特性曲�,其特點(diǎn)是輸出電流越�,輸出電壓變化越��

  一般以輸出電阻Ro來表示輸出電流與輸出電壓的關(guān)�。若輸出電流從零增加到Io�(shí),輸出電壓變化為△V,則輸出電阻Ro 為:

  Ro = △V/Io

  輸出電阻Ro 越小,輸出電壓變化越�,輸出特性越��

�(yīng)�

  電荷泵常用于倍壓或反壓型DC-DC �(zhuǎn)�。電荷泵電路采用電容作為�(chǔ)能和傳遞能量的中�,隨著半�(dǎo)體工藝的�(jìn)�,新型電荷泵電路的開�(guān)頻率可達(dá)1MHz。電荷泵有倍壓型和反壓型兩種基本電路形��

  電荷泵電路主要用于電壓反�(zhuǎn)器,即輸入正電壓,輸出為�(fù)電壓,電子產(chǎn)品中,往往需要正�(fù)電源或幾種不同電壓供電,對電池供電的便攜式產(chǎn)品來�,增加電�?cái)?shù)量,必然影響�(chǎn)品的體積及重�。采用電壓反�(zhuǎn)式電路可以在便攜式產(chǎn)品中省去一組電池。由于工作頻率采�2�3MHz,因此電容容量較�,可采用多層陶瓷電容(損耗小、ESR 低),不僅提高效率及降低噪聲,并且減小電源的空間�

  雖然有一些DC/DC 變換器除可以組成升壓、降壓電路外也可以組成電壓反�(zhuǎn)電路,但電荷泵電壓反�(zhuǎn)器僅需外接兩�(gè)電容,電路最簡單,尺寸小,并且轉(zhuǎn)換效率高、耗電�,所以它獲得了極其廣泛的�(yīng)��

  目前不少集成電路采用單電源工作,簡化了電�,但仍有不少電路需要正�(fù)電源才能工作。例�,D/A 變換器電路、A/D 變換器電�、V/F或F/V 變換電路、運(yùn)算放大器電路、電壓比較器電路等等。自INTERSIL公司開發(fā)出ICL7660電壓反轉(zhuǎn)器IC�,用它來獲得�(fù)電源十分簡單�90 年代后又開發(fā)出帶�(wěn)壓的電壓反轉(zhuǎn)電路,使�(fù)電源性能更為完善。對采用電池供電的便攜式電子�(chǎn)品來�,采用電荷泵變換器來獲得�(fù)電源或倍壓電源,不僅僅減少電池的數(shù)量、減少產(chǎn)品的體積、重量,并且在減少能耗(延長電池壽命)方面起到極大的作用?,F(xiàn)在的電荷泵可以輸出高�(dá)250mA的電流,效率�(dá)�75%(平均�)�

  電荷泵大多應(yīng)用在需要電池的系統(tǒng),如蜂窩式電�、尋呼機(jī)、藍(lán)牙系�(tǒng)和便攜式電子�(shè)��

選擇

  1、效率優(yōu)�,兼顧尺�

  2、輸出電流的局限�

  3、較低的輸出紋波和噪�

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