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电荷泵负压电路原理,高压电荷泵

张世龙 05-13 09:27 71次浏览

电荷泵(chargepump )也称为交换电容器DC-DC转换器(switched capaci-torvoltageconverter ),与基于电感的DC-DC开关电源进行比较电荷泵与采用电容作为开关和储能元件、采用电感作为储能元件的电感型开关DC-DC转换器相比,电荷泵的主要优点如下:

效率性;

体积小;

静态电流;

最低工作电压更低

低噪声;

低电磁干扰。 因为没有磁场的高速转换,即电-磁、磁-电的高速转换,只有在电容器的高速充放电过程中,电磁干扰问题几乎是可以忽略的;

从目前实用的硅集成技术来看,电容器的集成比电感的集成更容易、更便宜,电荷泵也更容易实现高级集成:

输出电压调整范围更宽

相对于电路整体成本低。

目前实际应用的电荷泵主要是大功率、高电压的应用并不困难,在这些方面,目前的感应式开关直流-直流变换器具有前所未有的优点。 具体而言,电荷泵目前的主要用途如下。

小功率倍压、电压反转的应用,典型的应用,例如单电源5V、3V系统,为RS232等串行系统提供12的信号电平。

作为电压反转APP应用、典型的APP应用,有现在开始流行的无电容实心输出的耳机放大器IC。 这些耳机放大器集成电路采用单电源供电,内部内置电荷泵,因此不需要输出电容器,耳机的公共端子也可以直接接地。 典型的产品是MAX4411和OPA4411。

倍压APP应用目前以驱动LED,特别是白色LED为主流,在电池供电的手机、数码相机等领域,为LED背光和LED闪光灯提供合适的电源。 另一个广泛的应用是为EEPROM和闪存提供读写电源。 这些存储器IC的电源导轨通常为1.8V、3.3V,但读取需要5V,改写需要12V。 如果将电荷泵集成在这些存储器IC中,就可以进行单一电源供给。

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电荷泵的基本原理是对电容器充电,从充电电路中取下电容器隔离充电的电荷,连接到另一个电路,传递刚才隔离的电荷。 我们把传递电荷的电容器想象成“装着电子的水桶”。 从大罐中连接满此罐,关闭水龙头,将罐中的水倒入大罐中[8]。 电荷泵也称为开关电容式电压变换器,不是利用电感或变压器,而是利用所谓的“快速”或“泵送”容量进行蓄电的DC-DC变换器(直流变换器)。 它们可以提高或降低输入电压,也可以用于产生负电压。 其内部的MOSFET开关阵列以一定的方式控制快速电容器的充电和放电,从而使输入电压以一定的系数(1/2、2或3 )倍增或降低,得到所需的输出电压。

电荷泵的电压转换由两个阶段实现。 在最初阶段,开关S1、S2断开,开关S3、S4接通,电容器C1充电到输入电压:

在第二阶段,开关S3和S4断开,S1和S2接通。 电容器C1两端的电压降不会立即变化,因此输出电压会上升到输入电压的2倍。

电荷泵解决方案在应用中也有缺点,其主要缺点如下。

只能提供有限的输出电压范围,大多数电荷泵的转换比例最多只能是输入电压的两倍。 这意味着输出电压不能超过输入电压的两倍。

一、

图中自举升压电路分析(电荷泵的工作原理) :

1、接通电源时:电源11V流过D1、D2充电至C3,C3电压立即上升至接近11V;

2、如果Q6导通,C1负极下拉,C1形成充电电路,立即C1充电至11V;

3、PWM波形反转,Q6截止,Q3导通,C1负极电位上升到接近电源电压11V,水上升时,C1正极电位超过电源电压,高于C3端电压。 由于D1的存在,该电压不会回流到电源;

4、此时,先开始充电C3,C3端电压充电到接近两倍的电源电压22V;

只要5、Q3、Q6交替反复导通和截止,C1就不断地充电到C3,C3端电压一直维持在22V的电压。

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