電荷泵負(fù)壓產(chǎn)生系統(tǒng)

1、負(fù)電壓是相對(duì)而言的，負(fù)電壓是相對(duì)于參考地而言的，正電壓普遍存在，因 為日常生活中所說的電壓都是正電壓， 負(fù)電壓接觸的范圍比較少， 但負(fù)電壓是一 些器件，如運(yùn)放， T-CON 的供電 , 通訊接口需要。等均需要負(fù)電壓，此時(shí)就需 要一個(gè)將正電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)電壓電路， 本文所說的電話使用電荷泵原理將正電壓轉(zhuǎn) 換負(fù)電壓，此電路簡(jiǎn)單，實(shí)用，成本低。本文最開始將介紹電荷泵產(chǎn)生負(fù)壓基本拓?fù)洌?再接著在此基礎(chǔ)上不同的連接 的方式形成倍負(fù)壓， 最后形成一個(gè)系統(tǒng)； 在此過程中本文將詳細(xì)分析過程， 最后 使用 PSpice 進(jìn)行電路仿真進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證。電荷泵，也稱為開關(guān)電容式電壓變換器，是一種利用所謂的“快速” （fly

2、ing ） 或“泵送”電容（而非電感或變壓器）來儲(chǔ)能的 DC-DC （變換器）；定義：也稱為 開關(guān)電容式電壓變換器，是一種利用所謂的“快速”（flying）或“泵送”電容（而非 電感或變壓器） 來儲(chǔ)能的 DC-DC（變換器）。電荷泵原理： 電荷泵的基本原理是， 通過電容對(duì)電荷的積累效應(yīng)而產(chǎn)生高壓， 使電流由低電勢(shì)流向高電勢(shì)。 通俗來講 就是給電容充電， 把電容從充電電路取下以隔離充進(jìn)的電荷， 然后連接到另一個(gè) 電路上，傳遞剛才隔離的電荷。 形象地來說， 可以把這個(gè)傳遞電荷的電容看成是 “裝了電子的水桶?！睆囊粋€(gè)大水箱把這個(gè)桶接滿，關(guān)閉龍頭，然后把桶里的水倒 進(jìn)一個(gè)大水箱。，負(fù)壓產(chǎn)生電路的基本拓

3、撲分析負(fù)壓產(chǎn)生過程：1. 當(dāng) Vin 為高電平時(shí)，此電流工作路徑為：電壓通過 C1 與 D1 對(duì)地放電，此時(shí) C1 被充滿左正右負(fù)的電壓， C1 的右邊 被二極管 D1 鉗位至一個(gè)管壓降。2. 當(dāng) Vin 為低電平時(shí)，此電流的工作路徑為：Vin 為低電平時(shí)，電容 C2 被充滿下正上負(fù)電壓； C1 的左邊由高電平變 化為低電平，因?yàn)殡娙輧蛇厜航挡荒芡蛔儯?C1 的右邊電壓有一個(gè)管壓降 電壓減去高電平， 此時(shí) C1 的右邊為負(fù)電壓； 隨著時(shí)間變化， 系統(tǒng)逐漸穩(wěn) 定，系統(tǒng)輸出的電平為高電平 -二極管 D1的管壓降-二極管 D2的管壓降。此時(shí)各狀態(tài)的電壓波形如下圖所示PSPICE 仿真結(jié)果波形仿真電路

4、圖為：VC40.1uF波形：由波形看 C3 電容兩邊波形與分析基本類似；輸出 Vout 最終穩(wěn)定在 -3.9V 左右.負(fù)電壓產(chǎn)生倍壓基本拓?fù)渫負(fù)湟唬簆wmC60.1uFC50.1uFD6D7D8C70.1uFC80.1uF電路分析過程較基本拓?fù)浔容^類似，省略 如圖為各時(shí)間段波形情況：典k此拓?fù)涮攸c(diǎn)為：后級(jí)電容兩端電壓會(huì)越來越大， 電容耐壓要求較高，但此拓?fù)潆?路紋波較小Pspice 仿真原理圖仿真波形：拓?fù)涠篊9C18pwm0.1uF0.1uFD9 D10 D11 D12C110.1uFC100.1uF分析過程不在敘說， 此拓?fù)涫窃诨A(chǔ)拓?fù)渖献兓鴣淼模?此拓?fù)涮攸c(diǎn)： 每個(gè)電容上的電壓不會(huì)超

5、過 PWM 電壓 U 的兩倍，即 2U ，所以可以選用耐壓較低的電容。缺點(diǎn)是電容是串聯(lián)放電，紋波大。Pspice 仿真原理圖仿真波形拓跋三：C12 pwmC160.1uFD130.1uFD14D15D16C14C130.1uF0.1uF0.1uFD17D18 D19 D20C17mwpC150.1uF拓?fù)淙窃谕負(fù)涠幕A(chǔ)上改進(jìn)，此電路紋波小，但電路復(fù)雜，成本高以上三種拓?fù)錇榛就負(fù)涞囊淮伪秹海?多次將基本拓?fù)浯⒙?lián)可得到更高的負(fù)電 壓。仿真原理圖：C12C16VC150.1uFV仿真波形：PWM 信號(hào)產(chǎn)生PWM 信號(hào)產(chǎn)生電路各種各樣， 本文檔是使用 NE555 震蕩器構(gòu)成多諧振蕩器。NE55

6、5 只需簡(jiǎn)單的電阻器、 電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。 其延時(shí) 范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。 它的操作電源范圍極大， 可與 TTL ，CMOS 等邏輯電路配合， 也就是它的輸出電平及輸入觸發(fā)電平， 均能與這些系列邏輯電 路的高、低電平匹配。其輸出端的供給電流大， 可直接推動(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載。 它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。Pin 腳圖本文檔是使用NE555 形成占空比 50% 的多諧振蕩器電路如圖所示R11kbreakD1R21kD2DbreakC25VU1C10.01uFF24567CCTRIGGERRESET OUTPUTCONTROLTHRESHOLDDISC

7、HARGDEN 555B GR34.7kpwm0下面詳細(xì)分析下 NE555 的工作過程當(dāng)電源通過 R1，D1，C2 回路進(jìn)行充電， 當(dāng)電壓充至，輸出跳轉(zhuǎn)成低電平；當(dāng)輸出低電平時(shí)， NE555 的第 7pin 開始通過 C2,D2,R2 進(jìn)行放電，當(dāng) C2 上電 壓降低至 ，輸出將會(huì)跳轉(zhuǎn)至高電平，此時(shí) C2 又開始通電，周而復(fù)始，輸出 成方波充電過程：放電過程：通過公式可知，當(dāng) R1=R2 ，上升時(shí)間與下降時(shí)間相等，輸出方波占空比相等仿真波形：NE555 仿真注意實(shí)現(xiàn)：NE555 首先搭建平臺(tái)， 使用 PSpice 仿真，當(dāng)仿真并沒有方波產(chǎn)生， 波形如圖所 示通過摸索，最后在 Simulation Setting 中在 Skip the initial transient bias point calculation(SKIPBP) 打勾(如圖所示)，再次仿真，輸出方波產(chǎn)生，系統(tǒng)原理圖5VV15Vdc0R11kDbreakD