電荷泵

電荷泵為容性?xún)?chǔ)能DC-DC產(chǎn)品，可以進(jìn)行升壓，也可以作為降壓使用，還可以進(jìn)行反壓輸出。電荷泵消除了電感器和變壓器所帶有的磁場(chǎng)和電磁干擾。

1. 工作原理

電荷泵是通過(guò)外部一個(gè)快速充電電容(Flying Capacitor)，內(nèi)部以一定的頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān)，對(duì)電容進(jìn)行充電，并且和輸入電壓一起，進(jìn)行升壓(或者降壓)轉(zhuǎn)換。最后以恒壓輸出。

在芯片內(nèi)部有負(fù)反饋電路，以保證輸出電壓的穩(wěn)定，如上圖Vout ，經(jīng)R1,R2分壓得到電壓V2，與基準(zhǔn)電壓VREF做比較，經(jīng)過(guò)誤差放大器A，來(lái)控制充電電容的充電時(shí)間和充電電壓，從而達(dá)到穩(wěn)定值。

電荷泵可以依據(jù)電池電壓輸入不斷改變其輸出電壓。例如，它在1.5X或1X的模式下都可以運(yùn)行。當(dāng)電池的輸入電壓較低時(shí)，電荷泵可以產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)于輸入電壓的1.5倍的輸出電壓。而當(dāng)電池的電壓較高時(shí)，電荷泵則在1X模式下運(yùn)行，此時(shí)負(fù)載電荷泵僅僅是將輸入電壓傳輸?shù)截?fù)載中。這樣就在輸入電壓較高的時(shí)候降低了輸入電流和功率損耗。

2. 倍壓模式如何產(chǎn)生

以1.5x mode為例講解：電壓轉(zhuǎn)換分兩個(gè)階段完成。

第一階段

在第一階段， C1和C2串聯(lián)。假設(shè)C1=C2，則電容充電直到電容電壓等于輸入電壓的一半

VC1+-VC1-=VC2+-VC2-=VIN/2

第二階段

在第二階段，C1和C2并聯(lián)，連接在VIN和VOUT之間。

VOUT=VIN+VIN/2=1.5VIN

3. 效率

電荷泵的效率是根據(jù)電荷泵的升壓模式，輸入電壓和輸出電壓所決定，如果是以2倍壓模式進(jìn)行升壓，那么它的效率為Vout/2Vin。輸入電壓越小，效率越高。

4. 電荷泵應(yīng)用

在我們的設(shè)計(jì)中，電荷泵經(jīng)常被用作白光LED驅(qū)動(dòng)，一般在手機(jī)中應(yīng)用于并聯(lián)LCD背光驅(qū)動(dòng)芯片。而串聯(lián)背光驅(qū)動(dòng)芯片則應(yīng)選擇電感式的DC/DC，因?yàn)樗鼘?duì)電壓要求較高。

5. 電荷泵選用要點(diǎn)

選用電荷泵時(shí)考慮以下幾個(gè)要素：

· 轉(zhuǎn)換效率要高

· 靜態(tài)電流要小，可以更省電;

· 輸入電壓要低，盡可能利用電池的潛能;

· 噪音要小，對(duì)手機(jī)的整體電路無(wú)干擾;

· 功能集成度要高，提高單位面積的使用效率，使手機(jī)設(shè)計(jì)的更小巧;

· 足夠的輸出調(diào)整能力，電荷泵不會(huì)因工作在滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)而發(fā)燙;

· 封裝尺寸小是手持產(chǎn)品普遍要求;

· 成本低，包括周邊電路少占PCB板面積小，走線(xiàn)少而簡(jiǎn)單;

· 具有關(guān)閉控制端，可在長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)狀態(tài)下關(guān)閉電荷泵，使供電電流消耗近乎為0。