現(xiàn)代設(shè)計(jì)中電源子系統(tǒng)的創(chuàng)建（上）

電荷泵

另一種 DC/DC 轉(zhuǎn)換器是電荷泵，它可以通過切換電容器充電輸入電壓上的一個(gè)電容器，實(shí)現(xiàn)輸入電壓的反相、翻倍或三倍。然后將該電容器切換到輸入電壓上，形成一個(gè)倍壓器。此外，還可以將電容器正極連接到輸入公共端，制造一個(gè)電壓反相器。經(jīng)典的電荷泵是Intersil在上世紀(jì)80年代推出的ICL7660。其它這樣的器件有Catalyst Semiconductor的CAT3636，它采用一種新穎的方法，實(shí)現(xiàn)了非整數(shù)電壓步進(jìn)，例如1V, 1.33V, 1.5V和2V。這種方法可以在手持系統(tǒng)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高達(dá)92%的效率。這一效率可與普通電感升壓轉(zhuǎn)換器相比，尤其是很多制造商為電感升壓轉(zhuǎn)換器規(guī)定的效率數(shù)字是基于使用體積過大的電感。

由于電容器天生就會(huì)限制該部件能夠提供的電流量，散熱問題很少出現(xiàn)在電荷泵中。但它們也有一些缺點(diǎn)，包括穩(wěn)壓效果差。除非使用一個(gè)后置線性穩(wěn)壓器，否則輸出會(huì)隨輸入而變化。Maxim 用后置穩(wěn)壓電荷泵解決了這個(gè)問題。電荷泵的開關(guān)頻率和噪聲遠(yuǎn)小于開關(guān)轉(zhuǎn)換器，但噪聲仍可能進(jìn)入信號(hào)鏈。

另一類型穩(wěn)壓器就是開關(guān)穩(wěn)壓器，它采用一種晶體管開關(guān)和電感或變壓器來改變直流輸入電壓。圖 2a 顯示一個(gè)降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，它一步一步降低電壓的工作原理像一臺(tái)水車(圖 2b)。該裝置的旋轉(zhuǎn)速率就類似于流經(jīng)電感的電流。與電感一樣，水車不能突然停止或啟動(dòng)。圖中可以揭示

出一些事實(shí)，即為什么工程師們經(jīng)常將二極管叫做“繼流”。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，水車的慣性創(chuàng)造出強(qiáng)大的吸力。水車需要水來維持運(yùn)轉(zhuǎn)，止回閥提供這種功能。

升壓轉(zhuǎn)換器也采用與水車相同的方式(圖 3)。很多工程師都處理不好磁電路，因?yàn)樗鼈兊母唠娍挂馕吨娏鞑荒芟裨陔娮杵髦心菢痈S電壓而變化。對(duì)降壓和升壓轉(zhuǎn)換器的直觀認(rèn)識(shí)有助于理解更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如 Cuk、升壓/降壓和 SEPIC。轉(zhuǎn)換器也可以用變壓器來建立隔離輸出(圖 4)?；貟咿D(zhuǎn)換器與正向轉(zhuǎn)換器的區(qū)別只是輸出二極管的極性不同，它將變壓器用作一個(gè)扼流圈。當(dāng)開關(guān)閉合和初級(jí)電流增加時(shí)，它們?cè)诖艌鲋写鎯?chǔ)能量。當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，磁場中的能量通過次級(jí)泄放。設(shè)計(jì)者都青睞回掃轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗鼈兂杀镜?，并且能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)輸出，所有輸出都能有相互間的良好跟隨特性。