电荷泵(charge pump)原理
电荷泵的基本原理
电荷泵的基本原理是给电容充电,把电容从充电电路取下以隔离充进的电荷,然后连接到另一个电路上,传递刚才隔离的电荷。我们形象地把这个传递电荷的电容看成是“装了电子的水桶”。从一个大水箱把这个桶接满,关闭龙头,然后把桶里的水倒进一个大水箱[8]。电荷泵也称为开关电容式电压变换器,是一种利用所谓的“快速”或“泵送”电容,而非电感或变压器来储能的DC-DC变换器(直流变换器)。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因数(1/2,2或3)倍增或降低,从而得到所需要的输出电压。
电荷泵的电压变换在两个阶段内实现。在第一个阶段,开关S1和S2关闭,而开关S3和S4打开,电容C1充电到输入电压:
在第二阶段,开关S3和S4关闭,而S1和S2打开。因为电容C1两端的电压降不能立即改变,输出电压跳变为输入电压的两倍。
电荷泵解决方案在应用中也有缺点,其主要缺点是:
只能提供有限的输出电压范围,绝大多数电荷泵的转换比率最多只能达到输入电压的2倍,这表示输出电压不可能高于输入电压的2倍。
典型的电平转换电路MAXx2xx系列芯片因单电源+5V供电,均有电荷泵电平转换器产生±10V电源,以供RS232电平所需。
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