電荷幫浦(Charge Pump)簡介

2021-10-05 20:36:24 字數 1093 閱讀 4469

電荷幫浦(charge pump)是一種直流-直流轉換器,利用電容器為儲能元件,多半用來產生比輸入電壓大的輸出電壓,或是產生負的輸出電壓。電荷幫浦電路的電效率很高,約為90-95%,而電路也相當的簡單。

電荷幫浦利用一些開關元件來控制連線到電容器的電壓。例如,可以配合二階段的迴圈,用較低的輸入電壓產生較高的脈衝電壓輸出。在迴圈的第一階段,電容器連線到電源端,因此充電到和電源相同的電壓,在第一階段會調整電路組態,使電容和電源電壓串聯。若不考慮漏電流的效應,也假設沒有負載,其輸出電壓會是輸入電壓的兩倍(原始的電源電壓加上電容器兩端的電壓)。較高輸出電壓的脈衝特性可以用輸出的濾波電容器來濾波。

以下圖為例,開始電荷幫浦的電容cp先由電源充電之後電容cp和電源串聯(圖中的2個開關都切換到右側),給輸出電容co充電因此co最後會充到電源的二倍。可能需要幾個週期才能將co充飽,但若到達穩態,cp只需要提供很少的電荷,相當於co提供給負載需要的電荷。當co切離電容cp時,co會對負壓放電,因此輸出電壓會有漣波,若時脈較快,充電時間較短,漣波也會變小,也比較容易濾除。而且對應相同的鏈波規格,可以選用較小的電容器。

會有其他的電路來控制開關的定期切換,一般切換頻率會是數十khz到數mhz,切換頻率高可以減少所需的電容器,讓較短時間內需要儲存的電荷也比較小。電荷幫浦中用的電容器一般會稱為飛電容(flying capacitor)。

另一種思考的方式是將電荷幫浦視為是多倍壓器及直流-交流轉換器(開關)的組合。

電荷幫浦的輸出電壓會和負載有關,若負載越大,其平均電壓也會越低。

電荷幫浦依控制方式及電路架構的不同,可以進行倍壓、三倍壓、電壓反相、電壓乘以一分數(例如×3/2, ×4/3, ×2/3等),也可以在不同模式中快速切換,產生任意大小的電壓。

「電荷幫浦」一詞也有用在鎖相環(pll)電路中,不過作用不同。鎖相環中的電荷幫浦只是雙極性的切換式電流源,因此可以輸出正負交換的電流脈衝給鎖相環的濾波電路,但其電壓只能在電源和地點之間,無法產生超過電源或低於地點的電壓。

4.1、參考鏈結:

自舉公升壓電路解析(電荷幫浦工作原理)

圖中自舉公升壓電路解析 電荷幫浦工作原理 1 上電時 電源 11v流過d1 d2向c3充電,c3上的電壓很快公升至接近11v 2 如果q6導通,c1負極被拉低,c1形成充電迴路,會很快c1充電至11v 3 當pwm波形翻轉,q6截止,q3導通,c1負極電位被抬高到接近電源電壓11v,水漲船高,此時c...