图 2 显示了带有电感器的降压转换器应用。请注意，电感器的基本电路模型仅包括直流电阻和固定电感器值。直流电阻值将提供对电感器耗散的非常低的估计。有...
构建具有超低静态电流的电荷泵
接线图
2024年10月22日 18:27 93
admin
便携式电池供电设备的大部分使用寿命通常都处于待机模式，在这种模式下，内部升压转换器的静态电流会不断消耗电池电量。待机期间的静态电流可能大于实际负载电流。尽管一些基于电感器的转换器提供小于 10 A 的最大静态电流，但设计人员通常更喜欢或需要稳压电荷泵，以实现本质安全的成本敏感型设计。输出电流能力至少为 10 mA 的现成稳压电荷泵的典型最小静态电流为 50 至 100 A。如果静态电流水平不可接受，您可以通过添加远程监控稳压电压并将电荷泵切换到关闭状态的电路来降低总体平均值。然而，这种方法可能无法达到低于 10 A 的理想静态电流水平。低导通电阻模拟开关以及超低电流比较器和基准的出现使得最大静态电流约为 7 A 的电荷泵电路成为可能（图 1）。
电荷泵电路原理图图 1该电荷泵电路使用模拟开关来实现超低静态电流。
为了最大限度地提高效率并减少比较器转换速率的影响，您应该设置相对较低的频率。选择 C 3 = 470 pF 会产生以下结果： t LOW = 178 sec，t HIGH = 68 sec；因此，f OSC = 4 kHz。
选择 C 1和 C 2的值以获得所需的负载电流和纹波。对于本应用（I LOAD = 10 mA），C 1 = 10 F。要计算 C 2的值，请根据所需纹波电压进行近似：C 2 =(I LOAD ×t LOW )/V RIPPLE。当 I LOAD = 10 mA 且 V RIPPLE = 150 mV 时，C 2 = 12 F。
利用这些元件值，该电路消耗的最大静态电流为 6.9 A，与现成的电荷泵相比有相当大的改进。您可以通过增加电阻值来进一步降低静态电流，但这种影响很小，因为 IC 2的最大静态电流 3.8 A 在总电流中占主导地位。该电路可让您实现超低静态电流调节电荷泵。在现成选项可用之前，它为寻求在不使用电感器的情况下实现低成本设计的设计人员提供了一种替代方案。
电荷泵电路原理图图 1该电荷泵电路使用模拟开关来实现超低静态电流。
电荷泵使用交流耦合技术将能量从传输电容器传输到存储电容器。传输电容器首先通过模拟开关充电至 V BATT电平，然后其他模拟开关将能量传输至与 V OUT相连的存储电容器。然后转移电容器再次充电，并重复该循环。对于呈现零损耗的理想模拟开关，V OUT电平等于 V BATT 的两倍。然而，正如预期的那样，模拟开关的有限导通电阻会产生与负载电流成比例下降的输出电平。图 1 中的基本稳压电荷泵包括一个振荡器、几个模拟开关、一个电压基准和一个比较器。比较器用作电压监视器和振荡器。当电路处于调节状态时，比较器输出为低电平，从而关闭 NC（常闭）开关并允许 C 1充电至 V BATT。当 V OUT电压降至输出调节阈值以下（本例中为 3.3V）时，比较器输出变高。 NO（常开）开关闭合，将 C 1的电荷转移到 C 2。重复此循环，直到 V OUT恢复稳定。
电阻器R 3至R 5提供振荡所需的迟滞。它们的值 1 MΩ 可产生显着的滞后水平并最大限度地减少 V BATT负载。当比较器输出改变状态时，反馈电阻器 R 5通过移动应用于比较器正输入的阈值来产生迟滞。对于所示电阻值、IC 1标称参考值(1.182V) 和 V BATT = 3V，V IN + 阈值在 V IN +（低）= 0.39V 和 V IN +（高）=近似值之间摆动1.39V。当电路处于调节状态时，V IN – 略高于V IN +，比较器输出为低电平，R 1 -R 2分压器感测V OUT处的电压，并且V IN +处的阈值为低电平(0.39V)。当 V IN + 为 0.39V 时，您可以根据等式 V IN +=V OUT [R 2 /(R 1 +R 2 )]计算 R 1和 R 2值。 R 1 +R 2的电阻应大于1 MΩ，以最小化V BATT负载。如果V OUT =3.3V且R 2为2.2MΩ，则R 1计算为301kΩ。电容器C 3连接到比较器的V IN – 输入。C 3与 R 1和 R 2一起根据以下简化关系设置振荡频率： t DISCHARGE =t LOW =–(R 2 C 3 )ln[(V IN +(LOW))/(V IN +HIGH ））]； t充电=t HIGH =–(R 2 C 3 )ln[1–(V IN +(HIGH)–V IN +(LOW))/(V BATT –V IN +(LOW)]；且 f OSC =1 /t PERIOD，其中 t PERIOD =t LOW +t HIGH。为了最大限度地提高效率并减少比较器转换速率的影响，您应该设置相对较低的频率。选择 C 3 = 470 pF 会产生以下结果： t LOW = 178 sec，t HIGH = 68 sec；因此，f OSC = 4 kHz。
选择 C 1和 C 2的值以获得所需的负载电流和纹波。对于本应用（I LOAD = 10 mA），C 1 = 10 F。要计算 C 2的值，请根据所需纹波电压进行近似：C 2 =(I LOAD ×t LOW )/V RIPPLE。当 I LOAD = 10 mA 且 V RIPPLE = 150 mV 时，C 2 = 12 F。
利用这些元件值，该电路消耗的最大静态电流为 6.9 A，与现成的电荷泵相比有相当大的改进。您可以通过增加电阻值来进一步降低静态电流，但这种影响很小，因为 IC 2的最大静态电流 3.8 A 在总电流中占主导地位。该电路可让您实现超低静态电流调节电荷泵。在现成选项可用之前，它为寻求在不使用电感器的情况下实现低成本设计的设计人员提供了一种替代方案。
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