電荷泵(Charge-Pump):又稱為開關電容DCDC變換器(switched capacitor voltage converter),也被稱為無電感DCDC變換器。電荷泵DCDC利用電容電壓不能突變原理實現。電感式DCDC因為有電磁轉換,電磁干擾大,和電感式DCDC相比,電荷泵式DCDC沒有了電磁轉換,只有電容的充放電,因此電荷泵式DCDC電磁輻射很小。但是電荷泵式DCDC缺點也很明顯,輸出電流能力有限,大電流輸出時,輸出電壓跌落較大。電荷泵式DCDC還有一個好處就是,電容很容易集成到芯片內部,電感則比較困難。下面結合實際芯片介紹一下電荷泵式DCDC。
以下是型號TPS60150電荷泵IC應用電路,輸入電壓2.7V-5.5V,輸出電壓固定5V,最大輸出電流140mA。應用電路超級簡單,只需三顆電容,電源輸入輸出各一顆,泵壓使用一顆。
下面介紹一下此款電荷泵IC原理,此芯片內部有四個FET,工作時兩兩導通。
1、前半周期(φ1),Q2和Q3導通,Q3完全導通,控制Q2的導通程度,使電CF容充電至2.5V
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2、后半周期(φ2),Q1和Q4導通,Q4完全導通,控制Q1的導通程度,使電輸出電壓穩定在5V。此時電容就像一個電池和輸入電壓串聯為負載供電,實現泵壓。
3、以下是TPS60150內部電路框圖。
再來看另外一款電荷泵壓芯片LM2775,此款芯片和上面的TPS60150略有不同。此款芯片四個FET是完全導通的,通過控制導通時間調整輸出電壓。
1、前半周期(φ1),S1、S2導通,電容充電,充電電流方向如下圖綠色箭頭。
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2、后半周期(φ2),S3、S4導通,電容放電,此時電容就像一個電池和輸入電壓串聯為負載供電,放電電流方向如下圖藍色箭頭。
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