電荷泵原理及應(yīng)用(存儲(chǔ)版)
【正文】 態(tài)條件，直到達(dá)到一個(gè)穩(wěn)態(tài)條件為止。 圖 3(b)中顯示了開關(guān)電容的倍壓器的穩(wěn)態(tài)電流和電壓波形。 在這個(gè)階段，輸出電容電流的變化大約為 2IO。同樣，電壓轉(zhuǎn)換在兩個(gè)階段內(nèi)實(shí)現(xiàn)。若關(guān)閉 S8并保持 S1~S7打開，則電壓轉(zhuǎn)換可以獲得 1 倍壓（線性模式）的增益 [14]。 基于電荷泵的 LED 驅(qū)動(dòng)電路的基本原理 白光 LED 的正向壓降可以高達(dá) 4V，但是目前的大量手持電子設(shè)備多以單一鋰離子電池供電，此時(shí)已經(jīng)無法再由設(shè)備電源直接驅(qū)動(dòng)白光 LED，而必須借助于各類電源變換器件。電荷泵僅用外部電容即可提供 2? 倍的輸出電壓，其損耗主要來自電容器的 ESR 和內(nèi)部開關(guān)晶體管的 RDS（ ON） 。 （ 4） 安裝成本低，包括周邊電路占 PCB 面積小，走線少而簡單。在 1倍壓情況下，輸入電流與輸出電流相等；在 2倍壓時(shí)，輸入電流為輸出電流的 2倍 . 電荷泵 LED 驅(qū)動(dòng)器的主要特點(diǎn) 電荷泵驅(qū)動(dòng)器用來驅(qū)動(dòng)若干個(gè)相并聯(lián)的 LED，其最大的優(yōu)勢(shì)是無須使用電感元件，具有 LED 亮 度一致，尺寸小、成本低、噪聲低、輻射 EMI 小以及控制能力強(qiáng)等特點(diǎn)。 在圖 6中，用于背光照明的 4個(gè) LED 的電流均為 30mA，用作閃光燈的 4個(gè) LED 的電流均為 100mA（總電流為 400mA）。作 為當(dāng)今電源設(shè)計(jì)方向的一個(gè)趨勢(shì)，電荷泵與日益普及的環(huán)保節(jié)能理念不謀而合。若將每一對(duì)控制引腳連接在一起，可以實(shí)現(xiàn)單線、串行脈沖亮度控制（ 5%100%） [4]。線性調(diào)整的輸出噪音最低，并且可以在更低的效率情況下提供更好的性能。這種電荷泵內(nèi)置 4個(gè)開關(guān)，驅(qū)動(dòng) 4個(gè)并聯(lián)的白光 LED。 （ 2） 靜態(tài)電流要小，可以更省電；輸入電壓要低，盡可能利用電磁的潛能；噪聲 要小，對(duì)整體電路無干擾；功能集成度要高，能提高單位面積的使用效率。電荷泵是無需電感的，但需要外部電容器。 其 主要應(yīng)用包括驅(qū)動(dòng)用于手機(jī)背光的白光 LED 和毫瓦范圍的數(shù)字處理器 等 [10]。開關(guān) S4~S7關(guān)閉，而S1~S3和 S8打開。利用更多的開關(guān)和電容可以實(shí)現(xiàn)附加的電壓轉(zhuǎn)換。在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，輸出電容 CO線性放電以提供負(fù)載電流 [8]。因?yàn)殡娙?C1兩端的電壓降不能立即改變，輸出電壓跳變?yōu)檩斎腚妷旱膬杀?。圖 2(d)為實(shí)際情況下的電流充電電壓和電流波形。隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，基于低功耗、低成本的考慮，電荷泵在電子設(shè)備電源電路中的應(yīng)用也越來越廣泛了。這種特別的調(diào)制過程可以保證高達(dá) 80%及以上的效率，而且只需外接陶瓷電容 [7]。電荷泵采用電容儲(chǔ)存能量，外接組件少，非常適合用于便攜式設(shè)備中，并且隨著其電路結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)和工藝水平的提高，也可應(yīng)用在需要較大電流的應(yīng)用電路中。本文的討論和結(jié)論對(duì)全面掌握電荷泵原理和合理應(yīng)用電荷泵有重要的參考作用。application 1 引言 隨著科技的高速發(fā)展，移動(dòng)電話、平板電腦 等便攜式移動(dòng)設(shè)備 已成為每家每戶現(xiàn)代生活的必需品。我們形象地把這個(gè)傳遞電荷的電容看成是“裝了電子的水桶”。作為分路器使用時(shí)，輸出電壓是輸入電壓的一部分，例如 倍壓或 2/3 倍壓。電荷泵采用電容器來儲(chǔ)存能量，并通過開關(guān)陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實(shí)現(xiàn)電壓提升 [4]。電容的寄生效應(yīng)限制了峰值充電電流，并增加了電荷轉(zhuǎn)移時(shí)間。根據(jù)功率守恒原理，平均輸入電流是輸出電流的兩倍。盡管這個(gè)電流變化應(yīng)該能產(chǎn)生輸出電壓變化為 Coo ESRI ?2 ，使用低 ESR 的陶瓷電容使得這種變化可 以忽略不計(jì)。在第一階段，開關(guān) S1~S3關(guān)閉，而12121 1CoCoC fIRIP ????CoCCSWo E S RfE S RRR ???? 11 148ooRIPPLE fCIU 2? 開關(guān) S4~S8打開。 按照上訴原理進(jìn)行推究，我們可以依電荷泵的輸出電壓不同可分為 2 倍壓、 倍壓以及當(dāng)輸入 UIN為負(fù)電壓時(shí)的負(fù)電壓結(jié)構(gòu)。可以用作白光 LED 驅(qū)動(dòng)器的電源變換器包括不少種類，其中應(yīng)以電壓2322211 INoININoCCCC UUUUUUUUU ???????? ???? 輸出型電荷泵電路最為簡單 [6]。電荷泵轉(zhuǎn)換器不使用電感，因此其輻射 EMI 可以忽略。 （ 5） 具有關(guān)閉控制端，可在長時(shí)間待機(jī)狀態(tài)下關(guān)閉電荷泵，使供電電流消耗近乎為零。但是，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的效率比電感升壓變換器低，尤其是帶電壓調(diào)節(jié)的電荷泵的效率往往不足 70%。通過使用自適應(yīng)模式電荷泵和超低壓差電流調(diào)節(jié)器，驅(qū)動(dòng)電路能在單節(jié)鋰離子電池的整個(gè)電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) 85%的高效率。可以說，在今后的一段時(shí)間，電荷泵在電子市場(chǎng)占據(jù)的地位將越來越重要。引腳 ENF1和 ENF2可將閃光燈 LED的電流設(shè)置為最大電 流的 20%
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