電荷泵的應(yīng)用

電荷泵主要有哪些應(yīng)用?

在過去的十年了,電荷泵得到了廣泛運(yùn)用,從未調(diào)整單輸出IC到帶多輸出電壓的調(diào)整IC。輸出功率和效率也得到了發(fā)展,因此現(xiàn)在的電荷泵可以輸出高達(dá)250mA的電流,效率達(dá)到75%(平均值)。電荷泵大多應(yīng)用在需要電池的系統(tǒng),如蜂窩式電話、尋呼機(jī)、藍(lán)牙系統(tǒng)和便攜式電子設(shè)備。

主要應(yīng)用包括驅(qū)動(dòng)用于手機(jī)背光的白光LED和毫瓦范圍的數(shù)字處理器(如圖)。

電荷泵如何工作?

電荷泵(開關(guān)電容)IC通過利用一個(gè)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)給兩個(gè)或兩個(gè)以上的電容供電或斷電來進(jìn)行DC/DC電壓轉(zhuǎn)換。基本電荷泵開關(guān)網(wǎng)絡(luò)不斷在給電容器供電和斷電這兩個(gè)狀態(tài)之間切換。C1(充電電容)傳輸電荷,而C2(充電電容器)則儲(chǔ)存電荷并過濾輸出電壓。

額外的“快速電容”和開關(guān)陣列帶來多種好處。

電荷泵有哪些工作模式?

電荷泵IC可以用作逆變器、分路器或者增壓器。逆變器將輸入電壓轉(zhuǎn)變成一個(gè)負(fù)輸出。作為分路器使用時(shí),輸出電壓是輸出電壓的一部分,例如1/2或2/3。作為增壓器時(shí),它可以給I/O帶來一個(gè)1.5X或者2X的增益。很多便攜式系統(tǒng)都是用一個(gè)單鋰離子電池或者兩個(gè)金屬氫化物鎳電池。因此當(dāng)在2X模式下運(yùn)行時(shí),電荷泵可以給一般在3.3V到4.0V的范圍內(nèi)工作的白光LED供應(yīng)適當(dāng)?shù)恼螂妷骸?/p>

電荷泵的輸出電壓經(jīng)過調(diào)節(jié)嗎?

基本電荷泵缺少調(diào)整電路,因此實(shí)際上所有當(dāng)今使用的電荷泵IC都增加線性調(diào)整或者電荷泵調(diào)制。線性調(diào)整的輸出噪音最低,并可以在更低的效率情況下提供更好的性能。而由于調(diào)整IC沒有串聯(lián)傳輸晶體管,控制開關(guān)電阻的電荷泵調(diào)制就可以提供更高的效率,并為一個(gè)給定的芯片面積(或消耗)提供更多的輸出電流。

電荷泵的主要優(yōu)勢(shì)是什么?

電荷泵消除了電感器和變壓器所帶有的磁場和電磁干擾。但是,仍然有一個(gè)可能的微小噪音源,那就是當(dāng)快速電容和一個(gè)輸入源或者另外一個(gè)帶不同電壓的電容器相連時(shí),流向它的高充電電流。同樣的,“分路器”電荷泵也能在LDO上改進(jìn)效率,但又不會(huì)像感應(yīng)降壓調(diào)整器那樣復(fù)雜。

電荷泵的輸出電壓和它的輸入電壓適配嗎?

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。

增加電容的開關(guān)頻率會(huì)發(fā)生什么變化?

增加開關(guān)頻率也就增加了IC的靜態(tài)電流,但是也同時(shí)降低了C1和C2的電容值。常態(tài)頻率結(jié)構(gòu)提供低噪音調(diào)整輸出電壓,同時(shí)其輸入噪音也比傳統(tǒng)的電荷泵調(diào)節(jié)器要低。高頻率操作簡化了過濾,從而進(jìn)一步降低了傳導(dǎo)噪音。

哪些電容器最適用于電荷泵?

要實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性能,就要采用帶低等效并聯(lián)電阻(ESR)的電容器。低 ESR電容器須用在IC的輸出上,來將輸出波紋和輸出電阻最小化,并達(dá)到最高的效率。陶瓷電容器就可以做到這一點(diǎn),但是某些鉭電容器可能要比較合適一點(diǎn)。

電荷泵軟啟動(dòng)將帶來什么效應(yīng)?

軟啟動(dòng)可以在啟動(dòng)時(shí)阻止在VIN出產(chǎn)生過多的電流流量,從而增加了可定期用于輸出電荷儲(chǔ)存電容器的電流量。軟啟動(dòng)一般在設(shè)備被關(guān)機(jī)時(shí)激活,并在設(shè)備獲得調(diào)整之后立刻屏蔽。

電荷泵IC如何將功率消耗最小化?

通過運(yùn)用脈沖頻率調(diào)制,IC只有在當(dāng)電荷必須傳輸出去來保持輸出調(diào)節(jié)的時(shí)候才產(chǎn)生電荷。當(dāng)輸出電壓高于目標(biāo)調(diào)節(jié)電壓時(shí),IC是閑置的,此時(shí)消耗的電流最小,因?yàn)閮?chǔ)存在輸出電容器上的電荷會(huì)提供負(fù)載電流。而隨著這個(gè)電容器不斷放電以及輸出電壓逐漸降到目標(biāo)調(diào)節(jié)電壓一下,電荷泵才會(huì)激活并向輸出傳輸電荷。這個(gè)電荷供給負(fù)載電流,并增加輸出電容器上的電壓。