【电赛公开课】模拟电路基础知识讲座_第35课时_电荷泵电路

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查看: 297回复: 11 发表于 2019-5-14 10:00:03   只看该作者
关于电赛公开课
《模拟电路基础知识讲座》由 TI 邀请青岛大学傅强老师录制,深入浅出的介绍了模拟电路及电源相关的基础知识,帮助大家由浅入深地了解产品,更轻松的进行产品的选型和设计。
本课程共计80节视频内容,视频解析文字课40节,每周二、周四更新,欢迎同学观看学习。

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电荷泵电路
虽然经过一大通定量计算才得到了 Buck 电路的输入输出电压关系,但总算降压斩波电路的原理不难理解,不就是电源一会儿供电一会儿歇着嘛。在介绍升压电路前,先来看一看电荷泵电路的原理,获取一些灵感。

从一个脑筋急转弯的题目可以引出什么是电荷泵。该题目是如何用1个5V电池和2个电容,如何获得10V的电压。答案是两只电容串联,用同一电池分别给两只电容充电就可以得到10V电压。
如图1所示,可以用 TINA 对电荷泵进行仿真,电源V1通过时间开关分时给C1和C2进行充电。

1) 为了避免复杂的驱动控制,仿真时偷懒使用了时间开关SW1~SW4来控制充电。SW1和SW2为一组开关,负责给C2充电;SW3和SW4为一组开关,负责给C1充电。

1.jpg
图1 电荷泵升压电路

2) 时间控制开关的设定参数如图2所示,控制周期200ns,两组开关互补导通90ns,留有10ns的“死区时间”。

2.jpg 3.jpg
图2 时间开关设定参数

3) 由5V电源给两只电容充电,如果不考虑负载影响,结果将是每只电容的充电电压均为5V,输出电压UO为10V。由于负载会泄放电容上的电荷,形成锯齿状的放电曲线。如图3所示为10Ω负载和1Ω负载时的实际输出电压UO的波形,负载越重,锯齿越明显,“恒压”效果就越差。

4.png
图3 不同负载下的输出波形

如果增加开关数目和电容数目,可以很容易获得3倍或者更多倍数的电压输出,也可以如图4那样获得负电压。
1) 图4中各时间开关的设定参数与图5所示相同。SW1和SW2负责为Cfly电容充上左正右负的电压,SW3和SW4负责将Cfly的电荷搬运到C1上形成下正上负的电压UO

5.jpg
图4 反压型电荷泵电路

2) 电荷泵电路的输出不能接过重的负载,一般集成电荷泵电源芯片输出电流都在100mA以下。如图5所示为反压型电荷泵电路不同负载时输出电压UO的波形。

6.png
图5 不同负载下的反压电荷泵输出波形

电荷泵电路原理虽然看似简单,但是开关的数目多,驱动麻烦(高侧驱动问题),一般只在集成电源芯片中使用。

欢迎大家留言作答以下题目,答案将在下期公开课公布。在答案公布前作答正确的同学,还将获得5枚赫兹币奖励哦~

课后问答:

选择题:
1、电荷泵电路可以获取的电压类型是?
A.二倍压        
B.多倍压        
C.反压

2、关于电荷泵电路输出电压纹波的说法正确的是?
A.负载电流越大,输出电压纹波越大        
B.开关频率越高,输出电压纹波越大        
C.输出滤波电容越大,输出电压纹波越大        
D.输出滤波电容的 ESR 越大,输出电压纹波越大






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