使用电荷泵驱动电路-第,1,部分

当我第一次对电子产品感兴趣时，生活很简单。组件太大了，我不用显微镜就可以焊接它们。开关转换器以高达25kHz 的频率切换，数字电路都使用5V 电源电压，我遇到的所有计算机都使用 RS-232串行接口进行通信。

RS-232标准规定逻辑0由5V 和25V 之间的电压表示，逻辑1由 –5V 和 –25V 之间的电压表示。我的问题是，虽然我板上的几乎所有组件都只需要5V 电源，我仍然需要为我的 RS-232接口生成这两个额外的轨道。

然后我遇到了 MAX232。该设备是一个受启发的产品，它结合了两个线路驱动器、两个线路接收器以及一个正负电荷泵。由于那个坏孩子用5V 单电源供电，我可以生成我需要的额外电源电压并传输和接收串行数据。

电荷泵是有用的小型 DC/DC 转换器，它使用电容器而不是电感器来存储能量。电荷泵(chargepump)又称为开关电容DC-DC变换器(switchedcaPACi-torvoltageconverter)，在和基于电感的DC-DC开关电源相比较的时候，又称之为无感式DC-DC电源变换器。它们可以在专用电荷泵器件中找到，例如 LM2775/ LM2776器件，作为 TPS65150等 LCD 偏置电源中的辅助轨，或者作为由几个二极管和几个电容器组合在一同的外部电路。

LM2775是一款稳压开关电容倍增器，可产生低噪声输出电压。LM2775可在3.1V 至5.5V 输入范围内提供高达200mA 的输出电流，并在输入电压低至2.7V 时提供高达125mA 的输出电流。在低输出电流下，LM2775可以通过在脉冲频率调制 (PFM) 模式下运行来降低其静态电流。通过将 PFM 引脚驱动为高电平或低电平，可以启用或禁用 PFM 模式。此外，当 LM2775处于关机状态时，用户可以通过将 OUTDIS 引脚设置为高电平或低电平来选择将输出电压拉至 GND 或保持在高阻抗状态。

LM2775采用 TI 的8引脚 WSON 封装，该封装具有出色的热性能，可防止部件在几乎所有额定工作条件下过热。

2.7V 至5.5V 输入范围

固定5V 输出

200mA 输出电流

无电感解决方案：仅需要3个小型
陶瓷电容器

关断将负载与 V IN断开

电流限制和热保护

2MHz 开关频率

轻负载电流期间的 PFM 操作（PFM
引脚拉高）

一般来说，电荷泵有：

· 简单，通常包含不超过两个二极管和两个电容器。

· 比 DC/DC 转换器更宽容。

· 适用于数十毫安范围内的输出电流（但不适用于远高于250mA 的电流）。

· 效率低于基于电感器的 DC/DC 转换器，除非它们未经调节且开环运行。

图1是未稳压电荷泵的简化电路图。电荷泵分两个阶段工作：

· 在充电阶段，开关 S1和 S4断开，开关 S2和 S3闭合。电流流经 S2和 S3并将飞跨电容器 C FLY充电至电压 V I。

· 在放电阶段，开关 S1和 S4闭合，开关 S2和 S3断开。C FLY的负端 现在在 V I，正端（比 V I 高）现在是2V I。电流从 V I 流经飞跨电容器 C FLY 和开关 S1和 S4。电荷从 C FLY转移 到输出电容器 C O以产生大约等于2V I的输出电压。

图1：简化的电荷泵框图（倍压器）

我们可以重新排列相同的四个组件（S1、S2、S3和 S4）以生成大约等于 –V I的负输出电压 （参见图2）。

图2：简化的电荷泵框图（电压逆变器）

刚才描述的电路运行良好，但其输出电压不受调节。对于某些应用来说，这样一个简单的电路就足够了，但具有稳压输出的电荷泵更为有用。

调节电荷泵输出电压的常用方法是将可调电流源 I1与开关 S1或 S2串联（在反相电荷泵的情况下）（参见图3）。误差放大器 A1调整 I1的值，直到输出电压正确。在稳态条件下，I1正好是 I O值的两倍。

图3：不同的电荷泵集成度

请注意，一个简单的稳压倍压器只能在 V I 至2V I范围内调节其输出电压。它不能产生低于 V I的输出电压。我们可以使用一些花哨的技巧来制作降压-升压型电荷泵，但这类器件比图3中所示的器件要复杂得多。