电荷泵的总结

R88 · 发表于 2013-11-24 19:35:14

本帖最后由 R88 于 2013-11-24 20:18 编辑

电荷泵大家或多或少的都会用到些，比如桥式电路中高边NMOS的驱动，运放的负电源等。当然有时候也不必，比如桥式中可以换成PMOS但是成本和RDS的原因导致不行，还有可以隔离驱动不过成本会有提高（当然电荷泵也有缺点--占空比的问题，可以利用主动升压的方案）。运放呢可以提供一定的偏置电压提高整体的工作点，但是共模电压势必有影响。。而电荷泵是一种简单成本低廉的低电流方案，好处就是不需要电感，所以不会有EMI问题，其主要原理用到了电荷的转移和电容两端的电压不能突变。。下面贴出几种常用的电路，第一个是一个2X的电荷泵，唯一注意的就是二极管的压降会对输出电压产生影响，我们一般选择肖特基二极管，这里仿真就先随便选个了：

下面是个负压的电荷泵：

想必这是不用集成芯片的情况下大家常用的2个电路。。上面2个图的工作原理很简单，主要分2部分析。。首先是飞跨电容的充电之后放电。。为了分析简单呢，上面的仿真模型电容的ESR和ESL和电压的内阻都没有设置。。如果用单片机产生PWM就需要注意电流的大小，因为电容ESR很小，所以充电的瞬间会产生很大的电流，所以最好经过一级缓冲器：比如推挽或者数字芯片。。下面是上面2个图PWM输出电流大小，看出瞬态电流会很大：

第一副图可以简单计算，假设输出电容够大，即输出电压稳定，并忽略二极管压降。所以（V1+V2-Vout）*C1=Iout*T---所以C1=Iout/（V1+V2-Vout）*f。。可见f越大，c可以越小。。第二幅图计算一样。。
下面是1.5倍压，和3倍压的等效电路图：

下面是一些常用的电荷泵芯片：ICL7660，MAX660，MAX682，ADM8660，LT1054，TCM828，MAX1673，MAX662A，AIC1841，ADM660，ADM8828，TC962，TC7662A，ICL7662，Si7661，MAX881R，ADP3603～ADP3605，AIC1840/1841。。。

倍压整流也属于电荷泵。。下面是两种常用的结构，每种结构都有各种的优缺点：

主要体现在电容的耐压和大小。。

下面的图是芯片内部常用的等效图：

与上面的第一副图一个意思。。普遍取输出电容为Cf的10倍。对于考虑ESR和Rds的计算是根据充放电的时间常数来算，仅仅列出D=0.5的情况下的一些值：
1，Iin=2Iout---根据Cf电容在平衡时的电荷守恒；
2，效率=(Vout*Iout)/(Vin*Iin)=Vout/2Vin--所以当输出电压是输入电压的2倍时效率最高；
3，Vout=2Vin-（2Rds+ESR）Iout/（1-D）*D---所以D=0.5时电压转换率最高；
4，损耗PRds+Pesr=Iout^2*(2Rds+ESR)/D*(1-D)--D=0.5时损耗最小；
5，Cf*△Vf=Iout*T--平衡时一个周期输出的电荷量就是Cf上电荷的损失--输入的纹波电流△Ion=△Vf/(2Rds+ESR)；
6，对于输出纹波，不知道大家平时如何计算，可以计算出三个量：ESR，Xc，△V=Iout*DT/Cout。。我认为最准确的计算是：（ESR+Xc）*纹波电流^2 和 △V^2相加开平方。。。

关于二个一般选择肖特基，电容的选择一般选择低ESR的陶瓷电容，为何不选钽电容或者铝电解呢，ESR是一个原因，而且电流的流向是双向的，给出陶瓷电容的选择：

not_at_all · 发表于 2013-11-24 20:07:20

背景花纹颜色太深影响阅读

xckhmf · 发表于 2013-11-24 20:08:23

这背景太花了，我还以为缓存又错乱了。。。

1988_coolboy · 发表于 2013-11-24 20:26:07

不错哟

726544893 · 发表于 2013-11-24 22:05:38

这个总结挺好！

haizaolan · 发表于 2013-11-25 00:00:38

标记，，，，，

LearningASM · 发表于 2013-11-26 09:59:31

MARK 电荷泵
运放的负压是用电荷泵产生的。

cc6868 · 发表于 2013-11-26 10:38:37

学习了电荷泵

xl1736 · 发表于 2013-12-6 10:14:37

顶一下~~准备搞下电荷泵

skyxjh · 发表于 2014-1-14 19:12:09

电荷泵怎么稳压？

bailao99 · 发表于 2014-1-15 10:08:22

本帖最后由 bailao99 于 2014-1-15 11:06 编辑

（V1+V2-Vout）*C1=Iout*T，所以C1=Iout/（V1+V2-Vout）*f，Iout=C1*（V1+V2-Vout）*f，结论是频率越高，采用的C1越小，同时负载电流越大。产品中用到的一款芯片，PWM频率约45KHz，C1为220nF，驱动NMOS最大PWM载波频率为4KHz，不知道怎么算驱动电流？
Vout=V1+V2-2Vd(Vd为二极管压降)，因此Iout=C1*2Vd*f，如果采用4148，Vd=0.7V，C1=100nF，f=135KHz，那么Iout=18.9mA。
日本的一款片子采用上述参数，在V1=12V，V2=6.2V ,CL=3000pF，Gate RL=100欧时，给出的MOSFET预驱动时间为9ms，不知如何计算此值？
下面给出该片子的电荷泵原理图：

蓝蓝的恋 · 发表于 2014-9-28 09:29:07

MARK一下，虽然看不懂~

lawuweijin · 发表于 2014-9-28 09:56:11

这个，也不太懂，顶一下。

Yahom · 发表于 2014-9-28 10:01:37

学习了，谢谢分享！

tpstars · 发表于 2014-9-28 10:18:43

十分感谢！很有用

tpstars · 发表于 2014-9-28 10:19:16

很有用，感谢分享！

jiangbing · 发表于 2014-9-28 11:00:19

分析得图文并茂，好文。

就在今天 · 发表于 2014-9-28 14:20:55

记号，需要时来取

jz701209李 · 发表于 2014-9-28 20:13:53

谢谢楼主

zhouq3132 · 发表于 2014-9-28 20:17:46

总结的很不错

domt · 发表于 2014-9-28 20:25:34

学习之~

江南雨絮 · 发表于 2014-9-28 20:36:16

先标记，有空好好看

大风起兮 · 发表于 2014-9-28 20:40:14

dcdc的鼻祖

xwg · 发表于 2014-9-28 20:43:52

在一些场合要求不高的电路中还是比较推荐采用

pandong · 发表于 2014-9-28 20:51:36

不太懂得帮顶

dgtg · 发表于 2014-9-28 20:54:39

MARK一下，虽然看不懂~

xueju · 发表于 2014-9-28 22:24:32

电荷泵很高升的样子，其实就是一个电容升压电路，原来是用交流信号能过二极管和电容升压，这里用MOS管交替通断把直流变交流而已。只适合高压低电流负载。如果要加大电流就要加大电容，体积会变很大。

roc. · 发表于 2014-11-5 08:54:52

感谢分享,

second_chan · 发表于 2014-11-5 09:24:03

学习一下。。。

litaohqqt · 发表于 2014-11-5 09:26:18

学习了，感谢分享

pjdu · 发表于 2014-11-5 09:35:53

不错，学习了，感谢分享

zzhang_hui · 发表于 2014-11-5 10:11:12

这个不错，03年选用电荷泵的时候是茫然中的。

jdzjk06 · 发表于 2014-12-3 16:20:26

电荷泵 MARK

cjwdyzdd · 发表于 2014-12-3 16:59:40

留待日后看懂

kangup2015 · 发表于 2016-4-29 16:05:09

学习了，楼主能讲讲电荷泵驱动H桥Nmos管时占空比不能为100%的原因吗

hongmark · 发表于 2016-4-30 17:00:36

学习下，谢谢分享

stevenniu500 · 发表于 2018-6-12 17:58:39

谢谢分享。，。。。。。

xxlin · 发表于 2020-12-21 11:15:48

学习下，谢谢分享收藏

电荷泵的总结

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