电荷泵电路变换电路输出5v电路图，电荷泵分压器的特性

很多朋友对电荷泵电路变换电路输出5v电路图，电荷泵分压器的特性不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

电荷泵电压转换器主要因其乘法器和反相器配置而闻名。本文重点介绍了分压器的电荷泵配置，它将输入电压精确地一分为二。

虽然电荷泵电压转换器在当今许多DC-DC能量转换器中很常见，但它主要因其乘法器和反相器配置而闻名。本文重点讨论分压器配置，它将给定的输入电压精确地除以二。在简要回顾电荷泵的基本原理之后，将介绍两个应用：从两个锂电池有效地产生稳定的3.3V电源和从5V有效地导出10V电源。电荷转移过程

正如基于磁性的转换器使用电感一样，电荷泵转换器使用电容来存储和传输能量。对于最新的电荷泵转换器，半导体工艺的最新进展已经突破了1MHz的工作频率极限。更高的频率允许更小的元件，同时多层陶瓷电容(MLCC)技术的进步使得能够构建真正小型的转换器。其元件高度低，可以实现适用于PCMCIA卡的薄型转换器。

电荷泵有两种基本拓扑结构，乘法器和反相器，其特点是两步能量传输(图1)。在每种情况下，输入电容(C I)确保来自本地电源的低阻抗，因此它可以提供高电平的瞬态电流。为了避免寄生电感引起的压降，最好将此电容连接在转换器附近。图一。这些基本组件说明了电荷转移过程。

CF传统上被称为“飞电容”。在步骤1中，当开关S1和S2断开，S3和S4接通时，CF直接跨接在输入电压上。S1到S4的开关应该具有非常低的串联电阻。充电，然后在C之间转移me和CF，直到它们的电压值和极性相等。因为S1和S2不是理想的开关，大部分电荷转移需要有限的时间来完成。

在此间隔之后，如果输入发生器具有非常低的源阻抗，则C获得的电压f等于(几乎等于)输入电压VA-VB。

第二步包括打开S1和S2，同时关闭S3和S4。出于安全原因，在两个步骤之间引入了延迟，以避免转换器左右部分之间的短连接。当S3和S4闭合时，CF通过输出电容CO转移电荷，直到电容电压达到相同值。同样，交换的持续时间取决于S3和S4的串联电阻。为避免寄生电感的影响，CF和CO应与其它元件紧密相连。

然后，电荷从CF转移到CO，前提是输出节点连接到正常负载(不是发电机)。

因此，C I将有限的费用转移到CF，然后CF连接到Co，如果步骤1和2重复足够多次(并且如果输出没有短路)，则C两端的电压o .此电路平衡输入和输出节点上的差分电压。这一特性使得利用高端驱动器构建电压发生器成为可能，并提供许多其他应用，其中电压反相器和乘法器是最简单的。

通过将节点C连接到节点B来获得反相器，节点B通常成为接地参考。VA-VB=VC-VD，因此如果VB=VC=地，VD=-VA，由于节点C和B是公共的，因此该功能可以与6引脚封装中的关断输入结合使用。例如，Maxim的MAX1697电荷泵逆变器采用6引脚SOT23封装，可提供高达60mA的输出电流。

将节点d连接到节点a得到乘数，VC-VA=VA-VB，所以VC-VB=2(VA-VB)。如果VB等于地，那么VC=2VA。作为Maxim广泛的电荷泵乘法器系列的一个例子，MAX 1682的5引脚SOT23器件可以产生两倍的输入电压，同时提供高达45mA的电流。

通过正确连接，其他器件也可以配置为反相器模式和乘法器模式。例如，采用1681引脚SO封装的MAX8可以提供高达125mA的电流。该器件采用小至1F的陶瓷电容工作，工作频率接近1MHz。可以使用各种技术来构建S1到S4的交换机。Maxim设备使用真正的MOS开关，当闭合时，允许电流向任何方向通过。这个函数有着有趣的结果，因为它允许能量从输出传递到输入，从输入传递到输出。分压器原理

上述每个例子都会产生两倍于输入电压的输出电压。另一种多年来广为人知的方法是将输入电压除以2(图1)。与图1中相似的标签和符号显示了这种拓扑与图2中的拓扑之间的相似之处。如果将b和c视为虚地，则电路可视为反相器。(在这种情况下，负输出是节点d.如果把B和C看作输入，把节点A看作输出，电路也可以看作乘法器。图二。分压器拓扑可视为反相器或乘法器。

无论哪种方式，无论电容值是否相差很大，电荷泵都会努力保持CI和CO两端的电压相同。如果电荷泵没有内部损耗和输出电流，则(VA-VB)和(VC-VD)之间的等式将是准确的。电荷泵分压器(和乘法器)的这一特性确保了非常精确的电压比，而无需担心元件精度。一个有用的应用是从正电压产生负电压，而不损失与运算放大器及其电阻网络相关的精度。

该电路的另一个有用特性是其极低的输出电阻。为了评估这个参数，请考虑电路(例如图1中的反相器)的输出电阻(RO)的定义。RO=[(VC-VD)开路-(VC-VD)]/IO，其中IO为有用的输出电流。在逆变器和倍频器方案中，(VC-VD)等于(VA-VB)，因为输入发生器应该具有非常低的内部阻抗。关于输出电流，这些配置中的(VA-VB)变化不大。

这不是图2中的分离器配置的情况，其中恒定的输入电压是(VA-VD)。输出电压(VC-VD)的每一个压降都由一个大小相等方向相反的压降(VA-VB)来补偿。这样，分压器的输出电阻加倍。仔细看原理图，我们发现流经电荷泵调节器的总电流不是IO，而是IO/2，因为在平衡状态下没有DC电流可以流经CI、CF或CO。CI在步骤1中收到的每笔费用都作为媒介转给CO和CF。

然后电荷从CO转移到输出电路。Ve输送到CI的电荷继续通过节点B，增加了总输出电流。在平衡状态下，电荷和相关电流的值相等。

充分尊重能量守恒定律，输入电压为IO/2提供IO输出电流。这再次使输出电阻加倍，这意味着分压器的输出电阻是乘法器或反相器配置的四分之一。(电荷泵逆变器的输出电阻可近似为RO=TOSC/CF 2RSW 4ESRCF ESRC0，其中TOSC为开关周期时间，RSW为开关电阻之和，ESRCF和ESRC0分别为飞跨电容和输出电容的寄生串联电阻。

这一特性非常令人感兴趣，因为分压器具有两象限功能：它可以将能量从输出传输到输入以及输入传输到输出。

充分利用两节串联锂离子（Li+）电池

为了向打印设备等子系统供电，一些便携式产品需要大于7.5V的电源电压。这一要求要求需要高振幅的短持续时间电流脉冲，但不够短，无法依赖本地储能电容器。一种解决方案是两节串联的Li+电池，提供8.4V的低源阻抗。产品数字和模拟部分通常需要的低压电源可以使用线性稳压器从8.4V获得。

这种方法虽然简单，但效率不高。打印操作通常不频繁，但必须连续提供8.4V电压才能为较低电压轨供电。克服这个问题的一种简单且高效的板级方法是使用图3中的电路。IC1是一款6引脚SOT23逆变器，在基本逆变器模式下可提供高达60mA的电流，典型输出阻抗为12。“U”后缀表示工作在250kHz的IC需要不大于1F的电容，典型输出纹波为30mVP-P对于这种情况。

图3.该电路将8.4V电池电压分压3，利用LDO线性稳压器（IC3）从4.2V获得2.V电压。

“二分路器”方案具有120mA的输出电流能力，其效率（典型值为83%）远高于线性稳压器（50.4V输出的最大效率为2%）。更灵敏的电路由低压差（LDO）线性稳压器IC2提供。IC2的典型宽带RMS噪声仅为30V，这要归功于10nF电容C2。在电路的这一侧，能量传输显然是不可逆的，因为LDO电流只能从输入流向输出。

两个输出电流的总和（不超过120mA）由MAX1697U提供，典型输出阻抗为3。建议使用低ESR 陶瓷电容器，以便在最宽的温度范围内获得最佳性能。这些小型电容器采用EIA 型CC0603 封装，尺寸与两个SOT23 封装兼容。

一个250mA、双象限分压器

视频应用通常需要一个10V模拟电源和一个5V电源，用于数字和低压模拟电路。图4中的电荷泵逆变器可提供高达125mA的输出电流，输出阻抗低至3.5。该电路还通过均匀分配5V至10V的输入电压来提供11V。

图4.单个IC从相当于输入电压一半的输出电压提供250mA电流。

分路器方案中的输出阻抗不超过0.9，表示全输出电流下的最大压降为225mV。四个高功率开关S1 至S4 采用8 引脚SO 封装，可在满载时轻松耗散10% 的能量损耗。当今的2.2F 陶瓷电容器采用EIA CC0805 封装，有些甚至更小。电容值的进一步增加除了降低输出纹波之外，没有其他主要优势。

该基本电路是完全可逆的，这意味着输出可以吸收电流并将能量发送回输入电压。您可以添加与5.5V输出串联的LDO线性稳压器，以提供无法承受纹波的负载。p沟道LDO稳压器，如MAX603，其最大压差为220mV/200mA，非常适合此目的。

审核郭婷

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