新聞中心

EEPW首頁(yè) > 電源與新能源 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 負(fù)壓電荷泵的工作原理

負(fù)壓電荷泵的工作原理

作者: 時(shí)間:2013-02-26 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

由Dickson理論可以推廣得到產(chǎn)生負(fù)電壓的電路,負(fù)壓的工作原理如圖1所示。其基本原理與Dickson電荷泵是一致的,但是利用電容兩端電壓差不會(huì)跳變的特性,當(dāng)電路保持充、放電狀態(tài)時(shí),電容兩端的電壓差將保持恒定。在這種情況下將原來(lái)的高電位端接地,就可得到負(fù)電壓的輸出。該電路實(shí)際上是一個(gè)由基準(zhǔn)、比較、轉(zhuǎn)換和控制電路組成的系統(tǒng)。具體而言,它由振蕩器、反相器及四個(gè)模擬開關(guān)組成,并外接兩個(gè)電容C1、C2從而構(gòu)成電荷泵電壓反轉(zhuǎn)電路。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/175580.htm
負(fù)壓電荷泵的工作原理

圖1 的工作原理

振蕩器輸出的脈沖直接控制模擬開關(guān)S1及S2,此脈沖經(jīng)反相器反相后控制模擬開關(guān)S3及S4。當(dāng)模擬開關(guān)S1、S2閉合時(shí),模擬開關(guān)S3、S4斷開;模擬開關(guān)S3、S4閉合時(shí),模擬開關(guān)S1、S2斷開。

當(dāng)模擬開關(guān)S1、S2閉合,模擬開關(guān)S3、S4斷開時(shí),輸入的正電壓+UIN向C1充電(上正下負(fù)),C1上的電壓為+UIN;當(dāng)模擬開關(guān)S3、S4閉合,模擬開關(guān)S1、S2斷開時(shí),C1向C2放電(上正下負(fù)),C2上充的電壓為-UIN,即UOUT=-UIN。當(dāng)振蕩器以較高的頻率不斷控制模擬開關(guān)S1、S2及模擬開關(guān)S3、S4的閉合及斷開時(shí),在輸出端可輸出變換后的負(fù)電壓(電壓轉(zhuǎn)換率可達(dá)99%左右)。

由如圖1所示的原理圖分析可知,當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí),模擬開關(guān)S1、S2同時(shí)導(dǎo)通,S3、S4同時(shí)關(guān)斷,UIN對(duì)電容C1進(jìn)行充電,Ucl+=UIN-Utp-Utn(Utp為開關(guān)S1的電壓降,Utn為開關(guān)S2的電壓降),Ucl-=Utn;當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí),S1、S2關(guān)斷,S3、S4同時(shí)導(dǎo)通,C1上存儲(chǔ)的電荷通過S3、S4傳送到C2上,由于C2高電位端接地,故輸出端電壓為UOUT=-(UIN-Utp)。當(dāng)考慮負(fù)載后,由于負(fù)載會(huì)從電路中抽取電流IOUT,負(fù)載上具有-IOUT[(C+Csn+Csp)fosc]大小的壓降(Csn、Csp為開關(guān)極間電容),輸出電壓為

負(fù)壓電荷泵的工作原理

式中,C1sn、C1sp為模擬開關(guān)S1,S2的開關(guān)電容;C2sn、C2sp,為模擬開關(guān)S3,S4的開關(guān)電容。

電荷泵使用電容儲(chǔ)存能量。隨著電荷泵電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn),它可應(yīng)用在需要大電流的電路中。一般電荷泵電路主要有“LINEAR”和“SKIP”兩種工作模式。

當(dāng)電荷泵工作在“LINEAR”模式下,可以獲得較低的輸出紋波;工作在“SKIP”模式下可以獲得較低的靜態(tài)電流。為描述方便,以下分析中的電荷泵的四個(gè)開關(guān)管均用NMOS代替,而實(shí)際電荷泵電路中的開關(guān)管既有PM0S又有NM0S。電荷泵簡(jiǎn)單的工作過程可分為以下三個(gè)階段。

階段A(充電階段,S1和S2導(dǎo)通):泵電容被UIN充電,C1(泵電容)兩端的平均壓差為UIN減去充電電流在S1和S2產(chǎn)生的壓降。

負(fù)壓電荷泵的工作原理 計(jì)算公式

式中,Ucl為泵電容C1兩端的平均壓差;Rs1、Rs2為開關(guān)管S1,S2的開關(guān)電阻。

階段B(能量傳輸階段,S3和S4導(dǎo)通):泵電容向負(fù)載電容放電,其兩極平均電壓為

負(fù)壓電荷泵的工作原理 計(jì)算公式

階段C(等待階段,S1~S2均不導(dǎo)通):沒有能量從UIN傳輸?shù)紺1和C2。Ucl=待狀態(tài),C1兩端的電壓保持恒定,這意味著C1的電容量在階段A與階段B相等。

電荷放大器相關(guān)文章:電荷放大器原理
電容相關(guān)文章:電容原理
電容傳感器相關(guān)文章:電容傳感器原理

上一頁(yè) 1 2 下一頁(yè)

關(guān)鍵詞: 電荷泵 負(fù)壓電荷泵

評(píng)論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉