電荷泵電壓反轉(zhuǎn)器是一種DC/DC變換器,它將輸入的正電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的負(fù)電壓,即VOUT= -VIN。另外,它也可以把輸出電壓轉(zhuǎn)換成近兩倍的輸入電壓,即VOUT≈2VIN。由于它是利用電容的充電、放電實現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移的原理構(gòu)成,所以這種電壓反轉(zhuǎn)器電路也稱為電荷泵變換器(Charge Pump Converter)。
電荷泵的應(yīng)用
電荷泵轉(zhuǎn)換器常用于倍壓或反壓型DC-DC 轉(zhuǎn)換。電荷泵電路采用電容作為儲能和傳遞能量的中介,隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步,新型電荷泵電路的開關(guān)頻率可達(dá)1MHz。電荷泵有倍壓型和反壓型兩種基本電路形式。
電荷泵電路主要用于電壓反轉(zhuǎn)器,即輸入正電壓,輸出為負(fù)電壓,電子產(chǎn)品中,往往需要正負(fù)電源或幾種不同電壓供電,對電池供電的便攜式產(chǎn)品來說,增加電池數(shù)量,必然影響產(chǎn)品的體積及重量。采用電壓反轉(zhuǎn)式電路可以在便攜式產(chǎn)品中省去一組電池。由于工作頻率采用2~3MHz,因此電容容量較小,可采用多層陶瓷電容(損耗小、ESR 低),不僅提高效率及降低噪聲,并且減小電源的空間。
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(zhuǎn)電路,但電荷泵電壓反轉(zhuǎn)器僅需外接兩個電容,電路最簡單,尺寸小,并且轉(zhuǎn)換效率高、耗電少,所以它獲得了極其廣泛的應(yīng)用。
目前不少集成電路采用單電源工作,簡化了電源,但仍有不少電路需要正負(fù)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(fā)出ICL7660電壓反轉(zhuǎn)器IC后,用它來獲得負(fù)電源十分簡單,90 年代后又開發(fā)出帶穩(wěn)壓的電壓反轉(zhuǎn)電路,使負(fù)電源性能更為完善。對采用電池供電的便攜式電子產(chǎn)品來說,采用電荷泵變換器來獲得負(fù)電源或倍壓電源,不僅僅減少電池的數(shù)量、減少產(chǎn)品的體積、重量,并且在減少能耗(延長電池壽命)方面起到極大的作用?,F(xiàn)在的電荷泵可以輸出高達(dá)250mA的電流,效率達(dá)到75%(平均值)。
電荷泵大多應(yīng)用在需要電池的系統(tǒng),如蜂窩式電話、尋呼機(jī)、藍(lán)牙系統(tǒng)和便攜式電子設(shè)備。
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