電荷泵是一�DC/DC變換�,它將輸入的正電壓轉換成相應的負電壓,即VOUT= -VIN。另�,它也可以把輸出電壓轉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�(xiàn)電荷轉移的原理構�,所以這種電壓反轉器電路也稱為電荷泵變換器(Charge Pump Converter)即電荷泵�
電荷泵可分為�
1、開關式調整器升壓泵�
2、無調整電容式電荷泵
3、可調整電容式電荷泵
電荷泵工作過程首先貯存能量,然后以受控方式釋放能�,以獲得所需的輸出電�。開關式調整器升壓泵采用電感器來貯存能量,而電容式電荷泵采用電容器來貯存能��
電荷泵變換器的基本工作原理如圖所�。它由振蕩器、反相器及四個模擬開關組�,外接兩個電容C1、C2 構成電荷泵電壓反轉電��
振蕩器輸出的脈沖直接控制模擬開關S1及S2;此脈沖經反相器反相后控制S3及S4。當S1、S2 閉合�,S3、S4 斷開;S3、S4 閉合�,S1、S2 斷開�
當S1、S2 閉合、S3、S4 斷開�,輸入的正電壓V+向C1 充電(上正下負),C1 上的電壓為V+;當S3、S4閉合、S1、S2斷開�,C1向C2放電(上正下負),C2上充的電壓為-VIN,即VOUT=-VIN。當振蕩器以較高的頻率不斷控制S1、S2 及S3、S4 的閉合及斷開�,輸出端可輸出變換后的負電壓(電壓轉換率可達99%左右)�
由圖3 可知,電荷泵電壓反轉器并不穩(wěn)�,即有負載電流時,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�。若輸出電流從零增加到Io�,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��
電荷泵常用于倍壓或反壓型DC-DC 轉換。電荷泵電路采用電容作為儲能和傳遞能量的中介,隨著半導體工藝的進步,新型電荷泵電路的開關頻率可�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轉器,即輸入正電�,輸出為負電�,電子產品中,往往需要正負電源或幾種不同電壓供電,對電池供電的便攜式產品來說,增加電池數(shù)�,必然影響產品的體積及重�。采用電壓反轉式電路可以在便攜式產品中省去一組電�。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轉電�,但電荷泵電壓反轉器僅需外接兩個電�,電路最簡單,尺寸小,并且轉換效率高、耗電�,所以它獲得了極其廣泛的應用�
目前不少集成電路采用單電源工�,簡化了電源,但仍有不少電路需要正負電源才能工�。例�,D/A 變換器電路、A/D 變換器電�、V/F或F/V 變換電路、運算放大器電路、電壓比較器電路等等。自INTERSIL公司開發(fā)出ICL7660電壓反轉器IC后,用它來獲得負電源十分簡單�90 年代后又開發(fā)出帶�(wěn)壓的電壓反轉電路,使負電源性能更為完善。對采用電池供電的便攜式電子產品來說,采用電荷泵變換器來獲得負電源或倍壓電源,不僅僅減少電池的數(shù)�、減少產品的體積、重�,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�250mA的電�,效率達�75%(平均�)�
電荷泵大多應用在需要電池的系統(tǒng),如蜂窩式電話、尋呼機、藍牙系�(tǒng)和便攜式電子設備�
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�
維庫電子�,電子知�,一查百��
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