charge pump的分析与应用

硬件工程师 2019-02-02

春节前最后一更,提前祝大家新春快乐,阖家安康,工作顺利!

定义:

电荷泵是利用电容的充放电来实现电压的转换的,输入回路和输出回路轮流导通。通过调节占空比来调节输出电压。

它们能使输入电压升高或降低,也可以用于产生负电压。其内部的FET开关阵列以一定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因数(0.5,2或3)倍增或降低,从而得到所需要的输出电压。这种特别的调制过程可以保证高达80%的效率,而且只需外接陶瓷电容。由于电路是开关工作的,电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI(电磁干扰)。

电荷泵仅用外部电容器即可提供±2倍的输出电压。其损耗主要来自电容器的等效串联电阻(ESR)和内部开关晶体管的RDS(ON)。电荷泵转换器不使用电感器,因此其辐射EMI可以忽略。


应用:

A:RS-232电平转换,能够把5V或3.3V电源供电转换为正负高压。


B:能够用来驱动LCD或者LED,从一个低压供电电源,例如电池中产生一个高的基准电压。

C:用于EEPROM跟flash IC内部,生成额外的高压,例如+12V for erasing.

D:用来驱动门阵列,高边NMOS管跟IGBT,例如bootstrap,可以产生比输入电压更高的电压去驱动mos管。


电路分析:

正升压输出:

电容左边是PWM波形:

当PWM为0时:

V1通过二极管D2,D1对C2,C1充电。

电容C1右端的电压为:V1-Vd

理想情况下:Voutmax=V1-2*Vd

 

当PWM为1时:

由于电容两端的电压不能突变

C1右边的电压则变为:V1-Vd+V2

理想情况下:Voutmax=V1-Vd+V2-Vd

 

当PWM再次变为0时:

由于D1与C2的存在,能使短时间内电压维持住。


注意:charge pump能够输出的电流较小,选取IC或者自己搭建的时候,要考虑Iout(max)的余量。

下面给大家上个原理图赏析:


硬件工程师 分享电路设计知识,并助于在实际中应用。
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