电荷泵将电压减半,使电流“效率”加倍
出处:维库电子市场网 发布于:2024-03-13 13:47:12
电容器型电荷泵是一种众所周知的、简单、高效、经济有效(因此很受欢迎!)的用于反转和倍增电压电源轨的方法。然而,也许不太为人所知的是,它们在分压(同时倍增电流)方面也同样有效。图 1显示了围绕古老的 xx4053 CMOS 三重 SPDT 开关构建的Vout = Vin/2、Iout = Iin*2示例泵。
R1C1时间常数将 U1pin14 处的Vin/ppv 方波耦合至 U1pin9,创建 Fpump 振荡器频率(大约):Fpump = 1 / (2 * 100k * 68 pF * log e (2)) = 100 kHz
在 Fpump 负半周期(U1pin4 = 0)期间,C2 的上端(U1pin14)连接到 Vin,下端(U1pin15)连接到 Vout,从而对 C2 充电:
Vc2-= Vin – Vout
然后,在接下来的 Fpump 正半周期(U1pin4 = Vin)期间,C2 的上端连接 Vin,下端连接 Vout,并且:
Vc2 = 输出电压
这会将一定数量的电荷存入 C3:
Q+ = C2((Vin – Vout) – Vout) = C2(Vin – 2Vout)
在随后的负半周期中,再次:
Vc2 = Vin – Vout
将另一笔费用存入以下的 C3 上:
Q- = C2 ((Vin – Vout) – Vout) = C2(Vin – 2Vout)
因此,Fpump 的每个完整周期都会在 C3 上沉积如下净电荷:
Q = Q+ + Q- = 2 * C2(Vin – 2Vout)
如果 Iout = 0,则强制 Q = 0,因此:
输入电压 – 2V 输出 = 0
Vout = Vin / 2
然而,对于 Iout > 0 的(更有趣的)情况:
Q = I输出/100kHz
2 * C2(Vin – 2Vout) = Iout / 100 kHz
Vin – 2Vout = Iout / 100kHz / 2 / C2
Vout = (Vin – (Iout / 100 kHz / 2 / C2)) / 2
换句话说,当输出加载时,Vout 会稍微下降。这是因为,对于有限的 C2,Q 也是有限的,而且还因为 U1a 和 U1b 内部开关具有非零导通电阻。
当 Vin = 5 V 时,Vout 与 Iout 的综合影响相当于 150 Ω 的有效阻抗,并与电流倍增“效率”一起绘制在图 2中。请注意,后者飙升超过统一,因为只有一半的 C2 电荷(Q+)来自 Vin 轨,而 Q- 由 C2 上的残余电压供电,导致轨的额外漏电为零。
图 2 Vin = 5 V 时电流倍增电荷泵 Vout 和 Iout/In 电流“效率”。那么,它有什么好处呢?
图 3展示了一种有用的应用,即从单个正电源生成名义上对称的 +/-Vin/2 双极性电源轨,并且从电源消耗的电流。图 3电流倍增电荷泵加上电压逆变器构成了高效的双极轨分路器。
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