電荷泵的應用

電荷泵主要有哪些應用?

在過(guò)去的十年了,電荷泵得到了廣泛運用,從未調整單輸出IC到帶多輸出電壓的調整IC。輸出功率和效率也得到了發(fā)展,因此現在的電荷泵可以輸出高達250mA的電流,效率達到75%(平均值)。電荷泵大多應用在需要電池的系統,如蜂窩式電話(huà)、尋呼機、藍牙系統和便攜式電子設備。

主要應用包括驅動(dòng)用于手機背光的白光LED和毫瓦范圍的數字處理器(如圖)。

電荷泵如何工作?

電荷泵(開(kāi)關(guān)電容)IC通過(guò)利用一個(gè)開(kāi)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(lái)進(jìn)行DC/DC電壓轉換?；倦姾杀瞄_(kāi)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)則儲存電荷并過(guò)濾輸出電壓。

額外的“快速電容”和開(kāi)關(guān)陣列帶來(lái)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變成一個(gè)負輸出。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(lái)一個(gè)1.5X或者2X的增益。很多便攜式系統都是用一個(gè)單鋰離子電池或者兩個(gè)金屬氫化物鎳電池。因此當在2X模式下運行時(shí),電荷泵可以給一般在3.3V到4.0V的范圍內工作的白光LED供應適當的正向電壓。

電荷泵的輸出電壓經(jīng)過(guò)調節嗎?

基本電荷泵缺少調整電路,因此實(shí)際上所有當今使用的電荷泵IC都增加線(xiàn)性調整或者電荷泵調制。線(xiàn)性調整的輸出噪音最低,并可以在更低的效率情況下提供更好的性能。而由于調整IC沒(méi)有串聯(lián)傳輸晶體管,控制開(kāi)關(guān)電阻的電荷泵調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)勢是什么?

電荷泵消除了電感器和變壓器所帶有的磁場(chǎng)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 )像感應降壓調整器那樣復雜。

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的模式下都可以運行。當電池的輸入電壓較低時(shí),電荷泵可以產(chǎn)生一個(gè)相當于輸入電壓的1.5倍的輸出電壓。而當電池的電壓較高時(shí),電荷泵則在1X模式下運行,此時(shí)負載電荷泵僅僅是將輸入電壓傳輸到負載中。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(kāi)關(guān)頻率會(huì )發(fā)生什么變化?

增加開(kāi)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)頻率結構提供低噪音調整輸出電壓,同時(shí)其輸入噪音也比傳統的電荷泵調節器要低。高頻率操作簡(jiǎn)化了過(guò)濾,從而進(jìn)一步降低了傳導噪音。

哪些電容器最適用于電荷泵?

要實(shí)現最優(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(lái)將輸出波紋和輸出電阻最小化,并達到最高的效率。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(lái)什么效應?

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

電荷泵IC如何將功率消耗最小化?

通過(guò)運用脈沖頻率調制,IC只有在當電荷必須傳輸出去來(lái)保持輸出調節的時(shí)候才產(chǎn)生電荷。當輸出電壓高于目標調節電壓時(shí),IC是閑置的,此時(shí)消耗的電流最小,因為儲存在輸出電容器上的電荷會(huì )提供負載電流。而隨著(zhù)這個(gè)電容器不斷放電以及輸出電壓逐漸降到目標調節電壓一下,電荷泵才會(huì )激活并向輸出傳輸電荷。這個(gè)電荷供給負載電流,并增加輸出電容器上的電壓。