深度揭秘——電荷泵設計及應用
電荷泵原理
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/198600.htm電荷泵的基本原理是,電容的充電和放電采用不同的連接方式,如并聯(lián)充電、串聯(lián)放電,串聯(lián)充電、并聯(lián)放電等,實現(xiàn)升壓、降壓、負壓等電壓轉換功能。
上圖為二倍升壓電荷示,為最簡單的電荷泵電路。V2輸出為方波信號,當V2為低電平的時候,V1通過D1、C1、V2對電容C2充電,C2兩端電壓上正下負;當V2為高電平輸出的時候,V2輸出電壓與C1兩端電壓相疊加,通過D3對負載供電并對C2充電。如果忽略二極管壓降,則C2兩端電壓Vo = V2 + V1,其中V2為電壓源V2的高電平輸出電壓。
由于電荷泵整個工作過程的核心部分為電容充放電過程,所以最重要的公式為電容充放電公式:I*T=ΔV*C,其中T為電容充放電周期,ΔV為每個充放電周期內電容兩端電壓波動,I為充放電電流。
電荷泵以非常簡單的電路可以實現(xiàn)升壓、降壓、負壓等功能,所以各種不同的場合為電路擴展小功率電路。
電荷泵在電路中的作用
1.功率電路中的電荷泵
電荷泵的一個非常廣泛的用途就是在由N溝道MOSFET構成的半橋電路中為上橋臂提供浮驅電壓。典型接法如下圖所示,圖中紅框內的二極管D及電容Cboot與主電路中半橋的下橋臂T1構成電荷泵。當半橋的下臂T1開通時,Vcc通過D與T1為電容Cboot充電;當T1關斷T2導通時,Cboot為上臂T2提供MOSFET導通所必需的Vgs電壓。這是由于T2在電路中的位置所決定的,當T2導通時,如果忽略導通壓降Vds,T2的源極電壓Vs = Vr,所以如果想要飽和導通,加上T2門極上的驅動電壓需滿足Vg = Vr +Vgs,對于功率型N溝道MOSFET而言,Vgs通常需要15V左右。電荷泵以很少的元器件滿足了這一設計要求,所以在此類應用中得到廣泛應用。
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