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電荷泵電路動作原理及特點

鉅大LARGE  |  點擊量:971次  |  2020年02月12日  

1、電荷泵電路動作原理小編推薦>>>>電荷泵設(shè)計原理及在電路中的作用

圖2.電荷泵IC之使用電路


電荷泵電路通常又叫為切換式電容轉(zhuǎn)換器(Switchedcapacitorconverter)包含二極管或切換開關(guān)與電容的切換網(wǎng)路,圖2為電荷泵IC之使用電路,IC內(nèi)部具有2個可控式開關(guān)與振蕩器,其外部接2個電容C1、C2,此電路亦可由離散元件組成如圖3(a)所示,只要1個振蕩器,如NE555與1個邏輯反向,如4009UB及2個二極管D1、D2和2個電容C1、C2就可以組成簡單的電荷泵電路。



圖3(a)簡單的電荷泵電路


其動作原理如下∶


(1)若控制脈沖為低電平時,其反向輸出為高電平,其等效電路如圖3(b)所示,此時D1乃順向偏壓,D2為逆向偏壓,C1的跨壓Vc1最高可充電至Vc1-(Vcc-Vd)的電壓量,式中的Vd為二極管的順向偏壓,此時的電流方向如圖上的I所示。



圖3(b)控制脈沖(CLK)為低電平時的等效電路


(2)當控制脈沖為高電平時,其反向輸出為低電平,此時C1的跨壓Vc1的正端相當於接地,如等效電路圖3(c)所示,此時D1為逆向偏壓,而D2為順向偏壓,承接剛才的C1跨壓,C2最高可充電至-(Vcc-2Vd)的電壓,而其電壓對應(yīng)於接地是負的。


其中C1飛輪電電容來回移動,電荷由輸入至輸出,而C2儲能電容穩(wěn)住電荷,對輸出電壓有穩(wěn)定作用。在此電路,可以控制脈沖的充電周期來達到理想的輸出。



圖3(c)控制脈沖(CLK)為高電平時的等效電路


然而電荷泵的電路除應(yīng)用於降壓外,仍可應(yīng)用於升壓,以MAXIM公司出品的IC編號為MAX619的電荷泵IC為例,如圖4所示。其操作原理如下∶


(1)當開關(guān)SW1、SW3與SW7、SW5導(dǎo)通,而其他開關(guān)打開(OFF)時,其C1、C2各自充電至大小約為V1的電壓。


(2)承上個狀態(tài),當開關(guān)SW2、SW4、SW6導(dǎo)通,而其他開關(guān)打開(OFF)時,前狀態(tài)所充的約V一大小的電壓和電容C1、C2上的電壓串聯(lián)起來對C4電容充電而得到輸出電壓Vo其最高可充至VI的3倍電壓。


MAX619的使用規(guī)格為1.8V-3.6V時,輸出可為5V/20mA,而輸入大於3V時,輸出可為5V/50mA,其消耗功率如下式∶powerloss=Iout[(2或3)VI-Vo]其消耗功率端視放大後的電壓(2或3)VI和Vo的差壓及輸出電流Iout大小而定,由電路都是電容元件,此電路的效率會比低壓降轉(zhuǎn)換器(LDO)高得多,而且電路架構(gòu)不需要電感,且其使用電容可用陶瓷電容就可以。因此電磁干擾小,體積及價格上亦較電感低,在便攜式電源的設(shè)計當中占有極重要的角色。


2、電荷泵電路的特點

容易使用∶除輸入輸出端各加1個電源外,再加1個泵電容(Cpump)就可以。


相較於LDO,電路效率較高。


低EMI或輸出紋波。


輸出電源的瓦數(shù)和VI/Vout電壓比值受限。


價錢中等。


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