電荷泵的工作原理及常用電路

2021-01-10 電子產品世界

　電荷泵電壓反轉器是一種DC/DC變換器，它將輸入的正電壓轉換成相應的負電壓，即VOUT= -VIN。另外，它也可以把輸出電壓轉換成近兩倍的輸入電壓，即VOUT≈2VIN。由於它是利用電容的充電、放電實現電荷轉移的原理構成，所以這種電壓反轉器電路也稱為電荷泵變換器（Charge Pump Converter）。

　　電荷泵的應用

　　電荷泵轉換器常用於倍壓或反壓型DC-DC 轉換。電荷泵電路採用電容作為儲能和傳遞能量的中介，隨著半導體工藝的進步，新型電荷泵電路的開關頻率可達1MHz。電荷泵有倍壓型和反壓型兩種基本電路形式。

　　電荷泵電路主要用於電壓反轉器，即輸入正電壓，輸出為負電壓，電子產品中，往往需要正負電源或幾種不同電壓供電，對電池供電的可攜式產品來說，增加電池數量，必然影響產品的體積及重量。採用電壓反轉式電路可以在可攜式產品中省去一組電池。由於工作頻率採用2～3MHz，因此電容容量較小，可採用多層陶瓷電容（損耗小、ESR 低），不僅提高效率及降低噪聲，並且減小電源的空間。

　　雖然有一些DC/DC 變換器除可以組成升壓、降壓電路外也可以組成電壓反轉電路，但電荷泵電壓反轉器僅需外接兩個電容，電路最簡單，尺寸小，並且轉換效率高、耗電少，所以它獲得了極其廣泛的應用。

　　目前不少集成電路採用單電源工作，簡化了電源，但仍有不少電路需要正負電源才能工作。例如，D/A 變換器電路、A/D 變換器電路、V/F或F/V 變換電路、運算放大器電路、電壓比較器電路等等。自INTERSIL公司開發出ICL7660電壓反轉器IC後，用它來獲得負電源十分簡單，90 年代後又開發出帶穩壓的電壓反轉電路，使負電源性能更為完善。對採用電池供電的可攜式電子產品來說，採用電荷泵變換器來獲得負電源或倍壓電源，不僅僅減少電池的數量、減少產品的體積、重量，並且在減少能耗（延長電池壽命）方面起到極大的作用。現在的電荷泵可以輸出高達250mA的電流，效率達到75%（平均值）。

　　電荷泵大多應用在需要電池的系統，如蜂窩式電話、尋呼機、藍牙系統和可攜式電子設備。可攜式電子產品發展神速，對電荷泵變換器提出不同的要求，各半導體器件公司為滿足不同的要求開發出一系列新產品，本文將作一個概況介紹。

　　電荷泵的分類

　　電荷泵分類

　　電荷泵可分為：

　　開關式調整器升壓泵，如圖1（a）所示。

　　無調整電容式電荷泵，如圖1（b）所示。

　　可調整電容式電荷泵，如圖1（c）所示。

　　

　　圖1 電荷泵的種類

　　電荷泵工作過程

　　3 種電荷泵的工作過程均為：首先貯存能量，然

電容器相關文章:電容器原理

電路相關文章:電路分析基礎

dc相關文章:dc是什麼

電荷放大器相關文章:電荷放大器原理 電流傳感器相關文章:電流傳感器原理 電容相關文章:電容原理 電容傳感器相關文章:電容傳感器原理

相關焦點

  • 電荷泵電路動作原理及特點
    IC之使用電路，IC內部具有兩個可控式開關與振蕩器，其外部接兩個電容C1、C2，此電路亦可由離散元件組成如圖3(a)所示，只要一個振蕩器，如NE555與一個邏輯反向，如4009UB及兩個二極體D1、D2和兩個電容C1、C2即可組成簡單的電荷泵電路。
  • 負壓電荷泵的工作原理
    由Dickson電荷泵理論可以推廣得到產生負電壓的電荷泵電路，負壓電荷泵的工作原理如圖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跳變的特性，當電路保持充、放電狀態時，電容兩端的電壓差將保持恆定。在這種情況下將原來的高電位端接地，就可得到負電壓的輸出。該電路實際上是一個由基準、比較、轉換和控制電路組成的系統。具體而言，它由振蕩器、反相器及四個模擬開關組成，並外接兩個電容C1、C2從而構成電荷泵電壓反轉電路。
  • 電荷泵的基本原理及其特點
    1.電容充放電電路及其電壓與電流波形　　LED電荷泵驅動器也稱為開關電容變換器，其基本原理是利用（陶瓷）電容器將能量從電池傳輸到並聯的LED陣列。　　電容是一種存儲電荷或電能並按預先確定速度和時間放電的元件。
  • 提高環路的穩定性的CMOS電荷泵鎖相環電路設計
    傳統的電荷泵電路，其內部存在的一些非理想因素直接影響著整個環路的工作性能，如存在電荷洩漏、電流失配、電荷共享、時鐘饋通等問題，會導致壓控振蕩器輸出頻率產生抖動和相位發生偏差。 本文首先介紹了鎖相環系統的工作原理，其次重點分析了傳統電荷泵電路存在的一些不理想因素，並在此基礎上，提出了一種改進型的電荷泵電路，減小了鎖相環的相位誤差。此外，通過設計倍頻控制模塊，擴大了鎖相環的鎖頻範圍。
  • 改進型CMOS電荷泵鎖相環電路的應用設計
    該電路基於Dongbu HiTek 0.18μm CMOS工藝設計，仿真結果表明，在1.8 V的工作電壓下，電荷泵電路輸出電壓在0.25~1.5 V變化時，電荷泵的充放電電流一致性保持很好，在100 MHz~2.2 GHz的輸出頻率內，頻率捕獲時間小於2μs,穩態相對相位誤差小於0.6%.
  • 肖特基二極體組成的電荷泵多電壓輸出電路
    > 概要本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/174758.htm在需要價格便宜的多電源輸出的方案或者一個簡單的負電壓、高電壓輸出迴路的時候, 用二極體和電容組成的電荷泵
  • 升壓電路原理
    下面一起來了解一下升壓電路原理。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/175495.htm升壓電路原理舉個簡單的例子：有一個12V的電路，電路中有一個場效應管需要15V的驅動電壓，這個電壓怎麼弄出來?就是用自舉。
  • 圖文並茂分析單片機中常用的負壓產生電路!
    負電壓的產生電路圖原理
  • 升壓的負電荷泵白光LED驅動器的設置
    而基於電容的電荷泵驅動器省去了所需的外部電感，具有體積小、設計簡單、成本低的特點，也比較受歡迎。由於基於電荷泵的LED驅動器只能產生輸入電壓的倍數(如：1.5倍、2倍)，有限的驅動電壓使基於電荷泵的LED驅動器常用於並聯驅動多個LED。
  • 一種高性能CMOS電荷泵的設計
    摘要: 設計了一種用於電荷泵鎖相環的CMOS電荷泵電路。電路中採用3對自偏置高擺幅共源共柵電流鏡進行泵電流鏡像，增大了低電壓下電荷泵的輸出電阻，實現了上下兩個電荷泵的匹配。為消除單端電荷泵存在的電荷共享問題，引入了帶寬幅電壓跟隨的半差分電流開關結構，使電荷泵性能得以提高。設計採用0．18μm標準CMOS工藝。
  • 倍壓整流電路是什麼?倍壓整流電路的工作原理,倍壓整流電路的優缺點
    倍壓整流電路的工作原理，倍壓整流電路的優缺點 發表於 2017-05-15 09:01:14 　　什麼是倍壓整流電路？
  • 一款用於白光LED驅動的電流型電荷泵設計方案
    0、引言　　目前用於白光碟機動的升壓型電路主要有電感型DC-DC電路和電荷泵電路。電感型DC-DC電路存在EMI等問題，而電荷泵電路結構簡單，EMI較小，得到了廣泛的應用。　　白光LED驅動的電荷泵主要有兩種類型：電壓模式和電流模式。相對於電壓模式可能造成每個LED亮度不匹配的缺點，電流模式每路單獨輸出恆定電流，使亮度可以較好地匹配，而且不需要外圍平衡電阻，大大節省了空間。
  • VHF發射機各模塊電路的工作原理及設計方法
    VHF發射機各模塊電路的工作原理及設計方法 電子設計 發表於 2019-07-09 08:04:00 引言
  • 詳解繼電器的工作原理及電路
    ：熟悉掌握繼電器的工作原理及電路電氣項目的步驟：了解工藝 — 分配IO點 — 選型列清單 — 畫電路圖（主電路和控制電路） — 編程及調試 — 項目交接，在項目流程中，選型我們會選繼電器的相關型號，繼電器在我們的主電路和控制電路應用是必不可少，實現真正的安全電壓控制非安全電壓，達到人和設備的安全，中間繼電器【KA】多用在PLC的輸出端，進行保護PLC的輸出點；也可以用在將高壓信號轉換成
  • 利用負壓電荷泵和模擬開關構建DD視波放大器
    集成了模擬開關(MAX9505)和負壓電荷泵，可有效提高音/視頻應用的性能。這些器件省去了額外的負電源和大尺寸輸出隔直電容，從而降低系統成本、節省電路板面積。從以下討論可以看出，負壓電荷泵和模擬開關能夠改善音/視頻系統性能。　　利用負壓電荷泵調節同步頭電平　　當MAX9503/MAX9505輸入同步頭電壓範圍在0至50mV時，輸出黑電平介於-0.1V與0.1V之間。
  • rc振蕩電路詳解_rc振蕩電路工作原理
    打開APP rc振蕩電路詳解_rc振蕩電路工作原理 發表於 2018-01-22 19:55:47 常用LC振蕩電路產生的正弦波頻率較高，若要產生頻率較低的正弦振蕩，勢必要求振蕩迴路要有較大的電感和電容，這樣不但元件體積大、笨重、安裝不便，而且製造困難、成本高。因此，200kHz以下的正弦振蕩電路，一般採用振蕩頻率較低的RC振蕩電路。
  • 手機相機的LED閃光燈驅動電路
    LED低壓閃光燈電路簡單、高效、省電，而且成本低、PCB面積小，特別適用於手機、數位相機和手持設備，很受手持影像產品市場的青睞。 LED閃光燈驅動控制正向電流方案 根據驅動電路的輸出特性，LED閃光燈的驅動電路可分為恆壓型和恆流型；按電路工作原理，可以分為升壓電路和電荷泵電路。
  • 二極體限幅電路工作原理分析
    二極體最基本的工作狀態是導通和截止兩種，利用這一特性可以構成限幅電路。所謂限幅電路，就是指限制電路中某一點的信號幅度大小，當信號幅度大到一定程度時，不讓信號的幅度再增大;當信號的幅度沒有達到限制的幅度時，限幅電路不工作。
  • FM角度調製電路的工作原理及應用電路
    其原理方框如圖5.5-20A所示。這樣，若採用頻率穩定度很高的載波振蕩器（如石英晶體振蕩器）最後得到的FM波中心頻率穩定度就等於載波振蕩器的頻率穩定度。調相是間接FM的基礎。實現調相的方法很多，如採用圖5.5-21和圖5.5-22所示的調相電路等。
  • 電橋電路是什麼?電橋電路的分類和交流電橋電路的工作原理解析
    電橋電路的分類和交流電橋電路的工作原理解析 發表於 2017-05-19 08:39:58 　  電橋電路 　　電橋電路是由四個二端元件接成四邊形形成的電路結構。