yulzhu

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电荷泵电路 2009/12/21 14:04:21

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前面在分析NMOS管的时候,用来做高边的时候,需要有电荷泵,对这个一直不算太了解,找了一些资料,也算是整理一下。
用处:


参考资料:
Redox 的电荷泵扫盲篇介绍了一些基本知识
在google上找到了《Charge pump circuit design》,觉得非常不错,不过是设计集成电路,对我们了解来说可能太过麻烦了。在维库上找到一些文章,把链接做在这里:电荷泵基本原理电荷泵工作原理分析 电荷泵的效率 负电压泵的工作原理
最简单的电压泵如下:

2倍压结构

开关信号的占空比为50%时,能产生最佳的电荷转移效率。
充电阶段:S1和S4闭合,S2和S3打开,此时输入电压V_IN对C.F充电,CF两端的电压为V_IN。
转移阶段:S1和S4打开,S2和S3闭合,此时输入电压V_IN与C.F串联对C.OUT充电,如此在C.OUT端的输出电压即为两倍的输入电压。
充电阶段:(CF x VIN) =Q1
转移阶段:(Vout-VIN) x CF =Q2
运算:CF x VIN= (Vout-VIN) x CF
结果:VOUT=2VIN 【Duty Cycle=50% 】


1.5倍压结构




开关信号的占空比通常为50%时,可产生最佳的电荷转移效率。
充电阶段:S1、S4和S7闭合,S2、S3、S5和S6打开,此时输入电压V_IN对CF1和CF2充电,如此在电容两端的电压均分别为V_IN/2。
转移阶段:S1、S4和S7打开,S2、S3、S5和S6闭合,此时CF1和CF2,为并联再与输入电压V_IN串联,然后对Cout充电,如此在Cout端的输出电压即为1.5倍压的输入电压。


3倍压结构


开关信号的占空比通常为50%时,可产生最佳的电荷转移效率。
  充电阶段:S2,S3,S5和S6闭合,S1,S4和S7打开,此时输入电压V_IN对CF1和CF2充电,如此在电容两端的电压均分别为V_IN。

  转移阶段:S2,S3,S5和S6打开,S1,S4和S7闭合,此时CF1和CF2,与输入电压V_IN串联,然后对Cout充电,如此在Cout端的输出电压即为3倍压的输入电压。
另外一种实现形式(以二极管为开关):


负压结构

  充电阶段:S1和S2闭合,S3和S4打开,此时输入电压V_IN对CF充电,如此在电容CF两端的电压为V_IN。
  转移阶段:S1和S2打开,S3和S4闭合,此时CF对COUT充电,在COUT端的输出电压即为负的输入电压,而输入端对输出端而言即可获得两倍的电压差,开关信号的占空比通常为50%。

按照书上的说法,主要基础就是分两类:
Cockcroft-Walton High voltage Charge Pump

/uploads/Blog_affix/files/5181082271523.pdf

Dickson Charge Pump

/uploads/Blog_affix/files/5181336712156.pdf
  

评估性能的话,可参考这个文档,暂且不表,以后如有需要再深究。
 /uploads/Blog_affix/files/5182164769922.doc