在一次項目定制中，客戶要求我們將CPU主控和LCD顯示屏電壓驅(qū)動電路做成一體板，LCD顯示屏所需要的AVDD、VGH、VGL等電壓需要主控板提供，因為這幾路電壓所輸出的電流都很小（一般都不會超過10mA，具體可以查閱屏體手冊），可以采用電荷泵電路。在這里我分享一種集成電荷泵的芯片方案，采用TI的TPS65140，以下是電路圖，此電路有一定的應(yīng)用范圍限制，下面我會講到。

本文資料參考來源TI的tps65140芯片手冊，《ApplicationReport SLVA918–December 2017》以及maxim的MAX202E芯片手冊。

1、TPS65140工作原理簡述

TPS6510x和TPS6514x器件包含用于正電荷泵和負電荷泵的驅(qū)動器電路。對于正電荷泵，這些設(shè)備集成了需要從外部連接的二極管。在輸出電壓的可用范圍內(nèi)，則該設(shè)備可以調(diào)節(jié)電荷泵的輸出電壓。

（1）負電荷泵

大多數(shù)應(yīng)用電路使用圖1所示的一級負電荷泵電路?？梢允褂靡粋€以上的級來生成更多的負電壓，但是很少有LCD需要這樣的負電壓，因此這里不再討論。

該電路可產(chǎn)生的最小（即最負數(shù)）輸出電壓由下式給出：

?VO1 is the output voltage of the boost converter (shown as V(SUP) inFigure 1)

?VF is the forward voltage of the diodes

?IO2 is the output current of the negative charge-pump

?rDS(ON)Q8 and rDS(ON)Q9 are the on-resistances of the supply circuit

?VF = 0.5 V (taken from the data sheet of the BAT54 diode) (1) diode)

?rDS(ON)Q8 = 4.3 Ω at IDS = 20 mA

?rDS(ON)Q9= 2.9 Ω at IDS = 20 mA

圖2是器件中的負電荷泵可以產(chǎn)生的輸出電壓范圍，該范圍是電源電壓VO1的函數(shù)。

如果嘗試生成低于可用范圍的輸出電壓，則灰色區(qū)域的底部邊界為輸出電壓。例如，如果VO1= 11 V，而您嘗試生成VO2= -12 V，則將獲得大約-9.7V（通過跟隨VO1= 11 V網(wǎng)格線直到達到灰色區(qū)域的底部邊界而找到）。也就是說負電壓最小值是受VO1限制的。

（2）正電荷泵雙倍增器

為了正確使用正電荷泵的雙倍配置，在引腳C1-和C1+兩端連接電容器。使引腳C2+保持開路，如圖3所示。

雙倍頻器可以產(chǎn)生的最大輸出電壓由下式給出：

倍頻器的最小輸出電壓由下式給出：

正電荷泵的輸出電壓也是受限于VO1的，其范圍如下圖。如果VO1= 11 V，并且您嘗試使用雙倍電荷泵生成VO3= 24 V，則只能大約得到20.6V（跟隨VO1 =11 V網(wǎng)格線直到達到灰色區(qū)域的頂部邊界）。

（3）正電荷泵三倍增器

如果應(yīng)用需要的VO3電壓比雙倍電荷泵產(chǎn)生的電壓高，請使用圖4所示的三倍配置。在引腳C2-/ Mode和C2+之間連接一個額外的飛跨電容器。

三倍電路的最大輸出電壓由下式給出

器件的數(shù)據(jù)手冊規(guī)定了VO3的最大值為30V。

最小輸出電壓由下式給出

正電荷泵的輸出電壓也是受限于VO1的，其范圍如下圖。如果VO1= 11 V，而您嘗試用三倍電荷泵產(chǎn)生VO3= 16 V，您會發(fā)現(xiàn)它位于紅色填充區(qū)域。結(jié)果，該設(shè)備將調(diào)節(jié)至約20V的最小值（跟隨VO1= 11 V網(wǎng)線直至紅線找到）。

（4）小結(jié)

TPS65140器件中的電荷泵可以調(diào)節(jié)輸出電壓，且可調(diào)節(jié)的電壓是有一定范圍的，可以使用本文檔查看該器件的可用輸出電壓范圍。如果應(yīng)用在允許范圍的邊緣附近，請確保設(shè)計具有足夠的余量以在所有條件下正確運行。

2、簡述電荷泵原理

為了更好的幫助大家更好地理解電泵原理，TTL轉(zhuǎn)RS232芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以更直觀的展示出來。典型的電平轉(zhuǎn)接電路MAXx2xx系列因單電源+5V供電，均有電荷泵來產(chǎn)生±10V電壓，以供RS232電平所需。

一般是接4個電容，采用雙電荷泵，標準接法如下：

芯片內(nèi)自帶振蕩器驅(qū)動雙電荷泵，分雙相四步工作，如下圖：

VCC接+5V電源。V+和V-分別是輸出的泵電壓。

第一步：S1,S3閉合，S2,S4斷開，電源+5V向C1充電，C1電壓最高可至5V。

第二步：S2,S4閉合，S1,S3斷開，這時C1負端電位應(yīng)該等于電源+5V，C1儲存的電荷經(jīng)S2,S4轉(zhuǎn)移至C3，C3兩端電壓差應(yīng)該是5V，和電源VCC電壓疊加起來提供10V的V+電源。

第三步：S5,S7閉合，C3所儲存電荷向C2充電，C2電壓最高可至10V。

第二、三步實際是同時進行的。

第四步，S6,S8閉合，C2所儲存電壓經(jīng)S6,S8轉(zhuǎn)移至C4，C4最高電壓可至10V，如圖中接法，構(gòu)成反相電荷泵，提供了-10V的V-。