電荷泵負壓產(chǎn)生系統(tǒng)

1、負電壓是相對而言的，負電壓是相對于參考地而言的，正電壓普遍存在，因 為日常生活中所說的電壓都是正電壓， 負電壓接觸的范圍比較少， 但負電壓是一 些器件，如運放， T-CON 的供電 , 通訊接口需要。等均需要負電壓，此時就需 要一個將正電壓轉(zhuǎn)換為負電壓電路， 本文所說的電話使用電荷泵原理將正電壓轉(zhuǎn) 換負電壓，此電路簡單，實用，成本低。本文最開始將介紹電荷泵產(chǎn)生負壓基本拓撲， 再接著在此基礎(chǔ)上不同的連接 的方式形成倍負壓， 最后形成一個系統(tǒng)； 在此過程中本文將詳細分析過程， 最后 使用 PSpice 進行電路仿真進行結(jié)果驗證。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， 通過電容對電荷的積累效應(yīng)而產(chǎn)生高壓， 使電流由低電勢流向高電勢。 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的電荷， 然后連接到另一個 電路上，傳遞剛才隔離的電荷。 形象地來說， 可以把這個傳遞電荷的電容看成是 “裝了電子的水桶?！睆囊粋€大水箱把這個桶接滿，關(guān)閉龍頭，然后把桶里的水倒 進一個大水箱。，負壓產(chǎn)生電路的基本拓

3、撲分析負壓產(chǎn)生過程：1. 當 Vin 為高電平時，此電流工作路徑為：電壓通過 C1 與 D1 對地放電，此時 C1 被充滿左正右負的電壓， C1 的右邊 被二極管 D1 鉗位至一個管壓降。2. 當 Vin 為低電平時，此電流的工作路徑為：Vin 為低電平時，電容 C2 被充滿下正上負電壓； C1 的左邊由高電平變 化為低電平，因為電容兩邊壓降不能突變， C1 的右邊電壓有一個管壓降 電壓減去高電平， 此時 C1 的右邊為負電壓； 隨著時間變化， 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.負電壓產(chǎn)生倍壓基本拓撲拓撲一：pwmC60.1uFC50.1uFD6D7D8C70.1uFC80.1uF電路分析過程較基本拓撲比較類似，省略 如圖為各時間段波形情況：典k此拓撲特點為：后級電容兩端電壓會越來越大， 電容耐壓要求較高，但此拓撲電 路紋波較小Pspice 仿真原理圖仿真波形：拓撲二：C9C18pwm0.1uF0.1uFD9 D10 D11 D12C110.1uFC100.1uF分析過程不在敘說， 此拓撲是在基礎(chǔ)拓撲上變化而來的， 此拓撲特點： 每個電容上的電壓不會超

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拓撲三是在拓撲二的基礎(chǔ)上改進，此電路紋波小，但電路復(fù)雜，成本高以上三種拓撲為基本拓撲的一次倍壓， 多次將基本拓撲串并聯(lián)可得到更高的負電 壓。仿真原理圖：C12C16VC150.1uFV仿真波形：PWM 信號產(chǎn)生PWM 信號產(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 只需簡單的電阻器、 電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。 其延時 范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。 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， 可直接推動多種自動控制的負載。 它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。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下面詳細分析下 NE555 的工作過程當電源通過 R1，D1，C2 回路進行充電， 當電壓充至，輸出跳轉(zhuǎn)成低電平；當輸出低電平時， NE555 的第 7pin 開始通過 C2,D2,R2 進行放電，當 C2 上電 壓降低至 ，輸出將會跳轉(zhuǎn)至高電平，此時 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 R1=R2 ，上升時間與下降時間相等，輸出方波占空比相等仿真波形：NE555 仿真注意實現(xiàn)：NE555 首先搭建平臺， 使用 PSpice 仿真，當仿真并沒有方波產(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