電荷泵原理及應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-07-13 14:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)電壓的倍壓，通常開關(guān)信號(hào)的占空比為50%時(shí)，能產(chǎn)生最佳的電荷轉(zhuǎn)移效率。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。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(guān)的電阻。在C1充電后，充電電流呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)地降低。充電時(shí)間常數(shù)是開關(guān)周期的幾倍，更小的充電時(shí)間常數(shù)將導(dǎo)致峰值電流增加。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]。 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(fù)載。 在這個(gè)階段，輸出電容電流的變化大約為2IO。盡管這個(gè)電流變化應(yīng)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(jì)。 (a)電荷泵電路 (b)相關(guān)波形 圖3電荷泵工作基本原理圖[8] 此時(shí)，CO線性地充電。當(dāng)C1連接到輸入端和地之間時(shí)，CO線性地放電?？偟妮敵黾y波峰峰電壓值為： 對(duì)于更高的開關(guān)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(yīng)導(dǎo)致輸出電壓隨著負(fù)載電流的增大而下降。事實(shí)上，總是存在大小為2Io的電流通過C1和兩個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通電阻（2RSW），導(dǎo)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(guān)電容C1的等效電阻產(chǎn)生的功耗為： CO的RMS電流等于IOUT，導(dǎo)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(jìn)行匯總： 這樣一來，電荷泵的輸出電壓為： 因?yàn)樘沾呻娙菥哂械偷腅SR值以及高的開關(guān)頻率，輸出紋波以及輸出電壓降取決于開關(guān)電阻。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。圖4為電荷泵開關(guān)工作示意圖。同樣，電壓轉(zhuǎn)換在兩個(gè)階段內(nèi)實(shí)現(xiàn)。在第一階段，開關(guān)S1~S3關(guān)閉，而開關(guān)S4~S8打開。因此，C1和C2并聯(lián)。假設(shè)C1等于C2，則充電到一半的輸入電壓。 圖4 電荷泵開關(guān)工作電路圖[6]輸出電容Co提供負(fù)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(guān)S4~S7關(guān)閉，而S1~S3和S8打開。因?yàn)殡娙輧啥说碾妷航挡⒉荒芡蛔?。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]。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、。在實(shí)際應(yīng)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(yīng)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(yùn)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
電大資料相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1