2.電荷泵的分類、工作原理及典型應(yīng)用電路

    2.1電荷泵分類

    電荷泵可分為：

    ☆開關(guān)式調(diào)整器升壓泵

    ☆無(wú)調(diào)整電容式電荷泵

    ☆可調(diào)整電容式電荷泵

    2.2工作過程

   3種電荷泵的工作過程均為：首先貯存能量，然后以受控方式釋放能量，以獲得所需的輸出電壓。開關(guān)式調(diào)整器升壓泵采用電感器來貯存能量，而電容式電荷泵采用電容器來貯存能量。

   電容式電荷泵通過開關(guān)陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實(shí)現(xiàn)電壓提升，采用電容器來貯存能量。因工作于較高頻率，可使用小型陶瓷電容器(1μF)，占用空間*小，使用成本較低。電荷泵僅用外部電容器即可提供±2倍的輸出電壓。其損耗主要來自電容器的等效串聯(lián)電阻（ESR)和內(nèi)部開關(guān)晶體管的RDS（ON）。電荷泵轉(zhuǎn)換器不使用電感器，因此其輻射EMI可以忽略。輸入端噪聲可用一只小型電容器濾除。它的輸出電壓是工廠生產(chǎn)時(shí)精密預(yù)置的，可通過后端片上線性調(diào)整器調(diào)整，因此電荷泵在設(shè)計(jì)時(shí)可按需要增加電荷泵的開關(guān)級(jí)數(shù)，以便為后端調(diào)整器提供足夠的活動(dòng)空間。電荷泵十分適用于便攜式應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。電容式電荷泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它實(shí)際上是一個(gè)基準(zhǔn)、比較、轉(zhuǎn)換和控制電路組成的系統(tǒng)。

1.引言

   手機(jī)、無(wú)繩電話、對(duì)講機(jī)等便攜式通信產(chǎn)品都是使用電池作為電源，合理地使用電池，充分挖掘其潛力可提高使用效率、延長(zhǎng)電池的壽命。手機(jī)的LCD彩屏需要高亮度的白光LED去點(diǎn)亮，白光LED需要穩(wěn)定的5V工作電壓，如果工作電壓下降，則白光LED的亮度降低，色彩就不鮮明，LCD彩屏的顯示效果就不理想。白光LED不能直接由電池供電，因?yàn)殡姵匾婚_始使用，電壓就遞減，影響顯示效果。所以在電路設(shè)計(jì)上需要使用一個(gè)升壓型的電荷泵，把遞降的電壓在一段較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定在5V。

    2.電荷泵的分類、工作原理及典型應(yīng)用電路

    2.1電荷泵分類

    電荷泵可分為：

    ☆開關(guān)式調(diào)整器升壓泵

    ☆無(wú)調(diào)整電容式電荷泵

    ☆可調(diào)整電容式電荷泵

    2.2工作過程

   3種電荷泵的工作過程均為：首先貯存能量，然后以受控方式釋放能量，以獲得所需的輸出電壓。開關(guān)式調(diào)整器升壓泵采用電感器來貯存能量，而電容式電荷泵采用電容器來貯存能量。

   電容式電荷泵通過開關(guān)陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實(shí)現(xiàn)電壓提升，采用電容器來貯存能量。因工作于較高頻率，可使用小型陶瓷電容器(1μF)，占用空間*小，使用成本較低。電荷泵僅用外部電容器即可提供±2倍的輸出電壓。其損耗主要來自電容器的等效串聯(lián)電阻（ESR)和內(nèi)部開關(guān)晶體管的RDS（ON）。電荷泵轉(zhuǎn)換器不使用電感器，因此其輻射EMI可以忽略。輸入端噪聲可用一只小型電容器濾除。它的輸出電壓是工廠生產(chǎn)時(shí)精密預(yù)置的，可通過后端片上線性調(diào)整器調(diào)整，因此電荷泵在設(shè)計(jì)時(shí)可按需要增加電荷泵的開關(guān)級(jí)數(shù)，以便為后端調(diào)整器提供足夠的活動(dòng)空間。電荷泵十分適用于便攜式應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。電容式電荷泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它實(shí)際上是一個(gè)基準(zhǔn)、比較、轉(zhuǎn)換和控制電路組成的系統(tǒng)。

  AAT3110采用6腳SOT23小尺寸封裝，適用于表面貼裝，在PCB板上所占空間很小。SC70JW是AATI超小8腳封裝，占空比達(dá)42％，占用PCB面積僅4.2mm2，芯片抬起安裝可使受熱的空氣自然流動(dòng)以散熱，多3個(gè)腳接地可充分利用PCB散熱。

   AAT3111是類似的微功率升壓電荷泵。它的工作電壓是1.8V～3.3V/3.6V，輸出穩(wěn)定的3.3V或3.6V，電流100mA，*適合于使用2節(jié)電池作為電源的產(chǎn)品。3電荷泵選用要點(diǎn)作為設(shè)計(jì)工程師，選用電荷泵時(shí)應(yīng)考慮下列要求：

    1）轉(zhuǎn)換效率要高

    ——無(wú)調(diào)整電容式電荷泵，90％

    ——可調(diào)整電容式電荷泵，85％

    ——開關(guān)式調(diào)整器，83％

    2）靜態(tài)電流要小，可以更省電

    3）輸入電壓要低，盡可能利用電池的潛能

    4）噪音要小，對(duì)手機(jī)的整體電路無(wú)干擾

    5）功能集成度高，可提高單位面積的使用效率，使手機(jī)設(shè)計(jì)得更小巧

    6）足夠的輸出調(diào)整能力，電荷泵不會(huì)因工作在滿負(fù)荷狀態(tài)而過熱

    7）封裝尺寸小是便攜式產(chǎn)品的普遍要求

    8）安裝成本低，包括外圍電路少，占PCB板面積小，走線少而簡(jiǎn)單

    9）具有關(guān)閉控制端，可在長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)狀態(tài)下關(guān)閉電荷泵，使電流消耗接近于零

    3.結(jié)語(yǔ)

   電荷泵適用于手機(jī)、PDA、EBook、平板顯示器、智能讀卡機(jī)、USB5V穩(wěn)壓電源、GSM手機(jī)的SIM接口電源。