29/12/2022,hardwarebee
一个电荷泵是一种电子电路,用于提高直流电源的电压。它通过使用一系列的转换元素,如晶体管或二极管、电荷转移到另一个从一个存储元素,导致更高的电压输出。电荷泵通常用于便携式电子设备,在有限的空间和电力供应很难使用比起传统的基于变压器电压提升电路。他们也用于其他应用程序需要一个高电压,如在汽车系统和某些类型的LED照明。在本文中,我们将深入研究电荷泵的操作和设计,以及这种类型的电压升压的优点和局限性。
的概念电荷泵可以追溯到早期的电子电路设计,与第一个记录电荷泵电路的专利在1936年发布。然而,直到开发出更为先进的切换元素,如场效应管和CMOS技术,电荷泵广泛用于实际的电子电路。
最早的和最著名的电荷泵的应用程序是在IBM PC /设计的键盘,使用了一个电荷泵电路来提高电压5 v直流供电的高压驱动键盘的电磁线圈所需水平。这允许一个紧凑和高效的设计,因为它消除了大型变压器的必要性。
此后,电荷泵已用于各种电子设备和系统,包括手机、便携式音乐播放器、笔记本电脑等便携式电子设备需要高电压的增加在一个小包装。他们也被用于汽车系统,如燃油喷油器和点火系统,LED照明系统。
一般来说,电容储能元素所指控的直流电压源就像电池一样。因此,串联的两个或两个以上的带电电容器可以建立一个更高的电压输出。然而,这种方式增加电压不是立即有用,因为电容必须带电时放电负载。提高电路、电容和一个二极管可以连接,如图1所示。在这个电路,串联一个二极管与直流电压源和并联电容器。电容器也连接到一个方波电压源,振动之间的零和V直流。起初,方波电压为零,二极管。因此,电容器被指控V直流。然后,方波电压等于V直流,二极管因为阴极电压大于阳极。因此,输出电压会振荡电压和电容电压之和,这是2V直流。
图1:增加直流输入电压的基本电路
然而,当方波电压下降为零,输出电压支持V直流,这是不可取的。例如,如果有一个9 v直流电压源,和方波峰值电压9 v,输出电压波动9至18 v。
提出了电路来解决这个问题,一个二极管和电容器可以添加到建立一个恒压电路的输出,如图2所示。在这个电路,直流电压源两个电容器的指控V直流起初(当方波电压为零)。然后,第一电容器的电压将会上升2V直流,当方波电压峰值。在这种情况下,第二个电容器将被起诉2V直流,这意味着这两个电容的电压都是一样的。此时,输出电压仍在2V直流,尽管方波电压为零,因为第二电容器的电压2V直流,当前无法回流由于二极管的存在。因为这个电路可以输入电压的两倍,它被称为电压或电荷泵。
图2:输入电压稳定翻倍使用两个二极管和两个电容器
在现实中,二极管不理想,必须考虑电压降。一般来说,硅二极管的电压降是0.6和0.7 v之间。提到的电压虽小,它会影响输出电压大小。因此,修改后的输出电压考虑二极管压降2V直流2Vd。这意味着,在提到的例子中,输出电压必须修改整场×0.6 = 16.8 V。此外,在加载条件下,电容器和产生小电流放电的负载输出电压的波动。然而,如果当前是足够低,所述电压可以获得。
添加另一个阶段之前的电路,输入电压可以增加了两倍。为此,必须添加一个二极管和电容器组之间的现有集。然而,必须倒方波信号,如图3所示。非门、与第二电容器串联逆方波信号。原理是一样的电压放大器电路。事实上,当第二电容器的电压2V直流,倒生的方波电压将第三个电容器的电压3V直流。其余都是一样的,这意味着二极管电压降减少输出电压,并输出电压的负载电流能产生涟漪。
图3:积极为三倍电荷泵电路输入电压
这些电路描述正电荷水泵提供正电压输出。在下一节中,将讨论负的电荷泵电路,各种配置将产生负输出电压。
产生负电压的电路是完全不同的,二极管和电容器位置不一样的正电荷泵。我们可以看到在图4中,二极管连接到地上,输出电压是通过二极管的电压,而输出电压是正电荷通过电容器的电压泵。当输入电压为零,输出电压也为零,和二极管。当输入电压达到高峰时,二极管,但输出电压仍然是零,因为二极管短路输出。当电压回到零,二极管下车后,输入电压中减去从零电压输出。因此,输出电压- - - - - -V直流。然而,输出电压不恒定和振荡之间的零和- - - - - -V直流。有一个漂亮的直流电压输出,另一组二极管和电容器必须添加到电路。
图4:降低输入电压的基本电路
图5显示了一个负电压和两个二极管倍压器电路,两个电容和一个振荡输入电压。稳定输出电压,第二电容器充电- - - - - -V直流。因此,输出电压仍- - - - - -V直流而振荡电压下降为零。
图5:稳定的负电压使用两个二极管,两个电容和一个振荡输入电压
电路可以提高创建双负电压(2V直流),如图6所示。在这种情况下,倒生的振荡电压必须连接到第二阶段转移电压。例如,如果输入电压0和9之间振荡,输出电压将是-18。还应该注意的是,二极管不理想在现实世界中,必须考虑和下降在设计阶段。此外,负载电流可以创建输出电压的波动。
图6:负电压放大器电路
如前所述在这篇文章中,电荷泵电路可以使用当一个更高的电压是必要的。例如,它可以用于河流级护卫舰的液晶显示器和白色发光二极管提供高偏差电压从一个电池或一个低压直流源。此外,运算放大器可以由电荷泵电路。其他通用应用程序的电路是电压放大器,锁相环(PLL)电路和前置放大器电路。尽管电荷泵是一个低成本、兼容,为增加或减少空间效率和电路的输入电压,它没有效率高在高负载,高负载电流产生涟漪和减少电路的效率。
电荷泵广泛用于各种各样的应用程序由于其能够有效地提高直流电源的电压。电荷泵的一些常见的应用包括: