电荷泵设计非常巧妙,只需要几个简单的器件,就能实现倍压或者负压。电荷泵,也称为开关电容式电压变换器,它通过电容对电荷的积累效应而产生高压,使电流逆势由低电势流向高电势。
其中Vcc是固定的,Vin是高低变化的参考电压。当Vin为低电平时(为了简便起见,认为低电平就是0V,实际上可以不是0V),T1测试点的电压VT1是Vcc(为了简便起见,忽略二极管的压降); 当Vin为高电平Vh时,由于电容两端电压不会突变,所以对于电容C1来说,左右两端的电压差仍是Vcc,左侧变为Vh以后,右侧VT1就变为了Vcc+Vh。VT1通过D2为C2进行充电,输出电压Vo从C2上取出,所以Vo的值将会介于Vcc与Vcc+Vh之间,并且受Vin频率与有效值影响。
形象地来说,可以把这个传递电荷的电容C1看成是“装了电子的水桶"。从一个大水箱Vcc把这个桶接满,关闭水龙头(D1使电流单向流动),然后水桶抬起来(Vin从低电平变为高电平,T1电压被抬升),倒进另一个水桶C2(T1到C2由于D2的存在,也是单向流动)。由于C2的电压是高于Vcc的,所以C1的存在相当于"泵rdquo",把电荷从低电势搬运到高电势,所以这个电路可以形象地称为电荷泵。
电荷泵的倍压电路可以进行多级串联。设每个肖特基二极管的正向电压为Vf,那么N倍的输出电压可以表示为:
图 多级电荷泵串联的升压电路
下图是电荷泵倍压输出电路中,C1电压与输出电压波形对比
需要注意,电荷泵电路的带负载能力较差,只能用于需要很小电流的场合。
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