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定義:
電荷泵是利用電容的充放電來實現電壓的轉換的,輸入回路和輸出回路輪流導通。通過調節占空比來調節輸出電壓。
它們能使輸入電壓升高或降低,也可以用于產生負電壓。其內部的FET開關陣列以一定方式控制快速電容器的充電和放電,從而使輸入電壓以一定因數(0.5,2或3)倍增或降低,從而得到所需要的輸出電壓。這種特別的調制過程可以保證高達80%的效率,而且只需外接陶瓷電容。由于電路是開關工作的,電荷泵結構也會產生一定的輸出紋波和EMI(電磁干擾)。
電荷泵僅用外部電容器即可提供±2倍的輸出電壓。其損耗主要來自電容器的等效串聯電阻(ESR)和內部開關晶體管的RDS(ON)。電荷泵轉換器不使用電感器,因此其輻射EMI可以忽略。
應用:
A:RS-232電平轉換,能夠把5V或3.3V電源供電轉換為正負高壓。
B:能夠用來驅動LCD或者LED,從一個低壓供電電源,例如電池中產生一個高的基準電壓。
C:用于EEPROM跟flash IC內部,生成額外的高壓,例如+12V for erasing.
D:用來驅動門陣列,高邊NMOS管跟IGBT,例如bootstrap,可以產生比輸入電壓更高的電壓去驅動mos管。
電路分析:
正升壓輸出:
電容左邊是PWM波形:
當PWM為0時:
V1通過二極管D2,D1對C2,C1充電。
電容C1右端的電壓為:V1-Vd
理想情況下:Vout(max)=V1-2*Vd
當PWM為1時:
由于電容兩端的電壓不能突變
C1右邊的電壓則變為:V1-Vd+V2
理想情況下:Vout(max)=V1-Vd+V2-Vd
當PWM再次變為0時:
由于D1與C2的存在,能使短時間內電壓維持住。
注意:charge pump能夠輸出的電流較小,選取IC或者自己搭建的時候,要考慮Iout(max)的余量。
下面給大家上個原理圖賞析: