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为什么要使用电荷泵?有什么用?

2020年08月19日 10:17来源:肇庆信息网

电荷泵,也称为开关电容式电压变换器,是一种利用所谓的"快速"(flying)或"泵送"电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(变换器)。

电源是嵌入式系统中不可缺少的重要组成部分,电源设计的好坏直接决定了系统设计的成败。出现电源设计问题的原因一方面是由于设计者硬件设计经验不足;另一方面是集成稳压芯片品种繁多、手册说明不规范(特别是DC-DC转换器)。电源设计过程中,除了有电压和电流基本要求之外,还需要对效率、噪声、纹波、体积、抗干扰等性能指标有着一定的约束。此外,对于采用电池供电的便携式嵌入式系统的电源来说,还要有电源管理的考虑。

按照调整管的工作状态来分,直流稳压电源可以分为两大类:一类是线性稳压电源;另一类是开关稳压电源。调整管工作在线性状态的称为线性稳压器;调整管工作在开关状态的称为开关型稳压器。线性稳压电源可以细分为两种,一种是普通线性稳压器;另一种是低压差线性稳压器(Low DropOut regulator,LDO)。开关电源稳压器也可以细分为两种,一种是电容式DC-DC转换器,即常说的电荷泵;另一种是电感式DC-DC转换器,即通常所说的DC-DC转换器。

电源是嵌入式系统中不可或缺的重要组成部分

在保证输出稳定的前提下,输入电压高出预设输出电压的电压值叫输入/输出电压差。这个参数不仅与稳压器采用的调整管有关,而且与管子的工作状态有关。普通线性稳压器采用的调整管一般是双极型晶体管,管子工作在线性状态,输入输出电压差一般在1~3 V;而低压差线性稳压器采用的管子一般是场效应管,导通电阻在几十~几百mΩ,所以输入输出压降在1 V以下,做得比较小的可以达到01 V以下,如美国半导体公司的LP3999和LP3985,最小压差均为006 V。

根据以上对耗散功率和效率的分析,为了提高效率,必须使输入/输出压差和静态电流尽可能小。如果不考虑负载的话,输入/输出压差是决定效率的关键因素。LDO的工作效率一般在60%~75%之间,静态电流小的效率会好一些。在忽略LDO静态电流的情况下,可以采用Vout/Vin来估算效率。

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