的作业原理如图1所示。其根底原理与Dickson电荷泵是共同的,可是运用电容两头电压差不会跳变的特性,当电路坚持充、放电状况时,电容两头的电压差将坚持稳定。在这种情况下将本来的高电位端接地,就可得到负电压的输出。该电路其实便是一个由基准、比较、转化和操控电路组成的体系。详细而言,它由振荡器、反相器及四个模仿开关组成,并外接两个电容C1、C2然后构成电荷泵电压回转电路。
振荡器输出的脉冲直接操控模仿开关S1及S2,此脉冲经反相器反相后操控模仿开关S3及S4。当模仿开关S1、S2闭合时,模仿开关S3、S4断开;模仿开关S3、S4闭合时,模仿开关S1、S2断开。
当模仿开关S1、S2闭合,模仿开关S3、S4断开时,输入的正电压+UIN向C1充电(上正下负),C1上的电压为+UIN;当模仿开关S3、S4闭合,模仿开关S1、S2断开时,C1向C2放电(上正下负),C2上充的电压为-UIN,即UOUT=-UIN。当振荡器以较高的频率不断操控模仿开关S1、S2及模仿开关S3、S4的闭合及断开时,在输出端可输出改换后的负电压(电压转化率可达99%左右)。
由如图1所示的原理图剖析可知,当时钟信号为高电平时,模仿开关S1、S2一起导通,S3、S4一起关断,UIN对电容C1进行充电,Ucl+=UIN-Utp-Utn(Utp为开关S1的电压降,Utn为开关S2的电压降),Ucl-=Utn;当时钟信号为低电平时,S1、S2关断,S3、S4一起导通,C1上存储的电荷经过S3、S4传送到C2上,因为C2高电位端接地,故输出端电压为UOUT=-(UIN-Utp)。当考虑负载后,因为负载会从电路中抽取电流IOUT,负载上具有-IOUT[(C+Csn+Csp)fosc]巨细的压降(Csn、Csp为开关极间电容),输出电压为
式中,C1sn、C1sp为模仿开关S1,S2的开关电容;C2sn、C2sp,为模仿开关S3,S4的开关电容。
电荷泵运用电容贮存能量。跟着电荷泵电路结构的改善,它可应用在需求大电流的电路中。一般电荷泵电路主要有“LINEAR”和“SKIP”两种作业形式。
当电荷泵作业在“LINEAR”形式下,可以得到较低的输出纹波;作业在“SKIP”形式下可以得到较低的静态电流。为描绘便利,以下剖析中的电荷泵的四个开关管均用NMOS替代,而实践电荷泵电路中的开关管既有PM0S又有NM0S。电荷泵简略的作业进程可分为以下三个阶段。
阶段A(充电阶段,S1和S2导通):泵电容被UIN充电,C1(泵电容)两头的均匀压差为UIN减去充电电流在S1和S2发生的压降。
式中,Ucl为泵电容C1两头的均匀压差;Rs1、Rs2为开关管S1,S2的开关电阻。
阶段B(能量传输阶段,S3和S4导通):泵电容向负载电容放电,其南北极均匀电压为
阶段C(等候阶段,S1~S2均不导通):没有能量从UIN传输到C1和C2。Ucl=待状况,C1两头的电压坚持稳定,这在某种程度上预示着C1的电容量在阶段A与阶段B持平。