電荷泵原理及應用(編輯修改稿)
2025-07-13 14:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 端的電壓降不能立即改變，輸出電壓跳變?yōu)檩斎腚妷旱膬杀丁? 使用這種方法可以實現(xiàn)電壓的倍壓，通常開關信號的占空比為50%時，能產(chǎn)生最佳的電荷轉(zhuǎn)移效率。圖3(b)中顯示了開關電容的倍壓器的穩(wěn)態(tài)電流和電壓波形。根據(jù)功率守恒原理，平均輸入電流是輸出電流的兩倍。在第一階段，充電電流流入C1。該充電電流的初始值決定于電容C1兩端的初始電壓、C1的ESR以及開關的電阻。在C1充電后，充電電流呈現(xiàn)指數(shù)級地降低。充電時間常數(shù)是開關周期的幾倍，更小的充電時間常數(shù)將導致峰值電流增加。在這個時間內(nèi)，輸出電容CO線性放電以提供負載電流[8]。 在第二階段，C1的正端連接到輸出端，放電電流（電流大小與前面的充電電流相同）通過C1流向負載。 在這個階段，輸出電容電流的變化大約為2IO。盡管這個電流變化應該能產(chǎn)生輸出電壓變化為，使用低ESR的陶瓷電容使得這種變化可以忽略不計。 (a)電荷泵電路 (b)相關波形 圖3電荷泵工作基本原理圖[8] 此時，CO線性地充電。當C1連接到輸入端和地之間時，CO線性地放電?？偟妮敵黾y波峰峰電壓值為： 對于更高的開關頻率，可以采用更小的輸出電容來獲得相同的紋波，電荷泵的寄生效應導致輸出電壓隨著負載電流的增大而下降。事實上，總是存在大小為2Io的電流通過C1和兩個開關的導通電阻（2RSW），導致產(chǎn)生的功耗為[6]： 除了這些純粹的電阻損耗，電流IO流過開關電容C1的等效電阻產(chǎn)生的功耗為： CO的RMS電流等于IOUT，導致產(chǎn)生的功耗為： 所有這些損耗可以用下面的等效電阻進行匯總： 這樣一來，電荷泵的輸出電壓為： 因為陶瓷電容具有低的ESR值以及高的開關頻率，輸出紋波以及輸出電壓降取決于開關電阻。利用更多的開關和電容可以實現(xiàn)附加的電壓轉(zhuǎn)換。圖4為電荷泵開關工作示意圖。同樣，電壓轉(zhuǎn)換在兩個階段內(nèi)實現(xiàn)。在第一階段，開關S1~S3關閉，而開關S4~S8打開。因此，C1和C2并聯(lián)。假設C1等于C2，則充電到一半的輸入電壓。 圖4 電荷泵開關工作電路圖[6]輸出電容Co提供負載電流，隨著輸出電容的放電，輸出電壓降低到期望輸出電壓以下。在第二階段，C1和C2并聯(lián)，并連接在UIN和Uo之間。開關S4~S7關閉，而S1~S3和S8打開。因為電容兩端的電壓降并不能突變。若關閉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]。按照上訴原理進行推究，我們可以依電荷泵的輸出電壓不同可分為2倍壓、。在實際應用中，電荷泵變換器也常作為倍壓變換器和電壓反轉(zhuǎn)器在電路中使用。3 電荷泵的應用 在過去的十年，電荷泵在電子科技發(fā)展中得到了非常廣泛的運用，從未調(diào)整單輸出IC到帶多輸出電壓的調(diào)整IC。輸出功率和效率也得
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