電荷泵的基本原理介紹

★★★★★【文章導(dǎo)讀】：電荷泵的基本原理介紹具體內(nèi)容是：實際的電容具有等效串聯(lián)阻抗(esr)和等效串聯(lián)電感(esl)，兩者都不會影響到電容存儲電能的能力。然而，它們對開關(guān)電容電壓變換器的整體轉(zhuǎn)換效率有很大的影響。實際電容充電的等效電路如圖1(c)所示，其中rs.是開關(guān)的電阻…

來源：日期：2013-11-17 19:40:42 人氣：標(biāo)簽：

實際的電容具有等效串聯(lián)阻抗(esr)和等效串聯(lián)電感(esl)，兩者都不會影響到電容存儲電能的能力。然而，它們對開關(guān)電容電壓變換器的整體轉(zhuǎn)換效率有很大的影響。實際電容充電的等效電路如圖1(c)所示，其中rs.是開關(guān)的電阻。esl為實際的電容等效串聯(lián)電感，則在電容的充電電流路徑上具有串聯(lián)電感，通過適當(dāng)?shù)钠骷季衷O(shè)計可以減小這個串聯(lián)電感。

圖1 電荷泵工作的基本原理圖

如圖2(a)所示的電路一旦被加電，由于電容的寄生效應(yīng)限制了峰值充電電流，并增加了電荷轉(zhuǎn)移時間，因此電容的電荷累積不能立即完成，這意味著電容兩端的初始電壓變化為零。電荷泵就是利用了這種電容特性來工作的。

圖2 電荷泵電路及其工作波形

電壓變換在兩個階段內(nèi)得以實現(xiàn)。在第一個階段期間，開關(guān)s1和s2關(guān)閉，而開關(guān)s3和s4打開，電容充電到其值等于輸入電壓。

在第二個階段，開關(guān)s3和s4關(guān)閉，而s1和s2打開。因為電容兩端的電壓降不能立即改變，輸出電壓則跳變到輸入電壓值的兩倍，即

使用這種方法可以實現(xiàn)電壓的倍壓，通常開關(guān)信號的占空比為50%時，能產(chǎn)生佳的電荷轉(zhuǎn)移效率。

圖2(b)中顯示了圖(a)電路實現(xiàn)電壓倍壓的穩(wěn)態(tài)電流和電壓波形。如圖(a)所示電路在第一階段時，充電電流會流入到c1中。該充電電流的初始值決定于電容c1兩端的初始電壓、c1的esr及開關(guān)的電阻。在c，充電后，充電電流呈指數(shù)級地降低。充電時間常數(shù)是開關(guān)周期的幾倍，更小的充電時間常數(shù)將導(dǎo)致峰值電流的增加。在這個時間內(nèi)，輸出電容chold線性放電以提供負(fù)載電流。

在第二階段，c1+連接到輸出端，放電電流(電流大小與前面的充電電流相同)通過c1流到負(fù)載。在這個階段，輸出電容電流的變化大約為2iout。盡管這個電流變化應(yīng)該能產(chǎn)生的輸出電壓變化為2iout×esrchold，但使用低esr的陶瓷電容使得這種變化可以忽略不計。此時，chold線性地充電。當(dāng)c1連接到輸入和地之間時，chold線性地放電。總的輸出紋波峰-峰電壓值為電荷泵的基本原理