电荷泵负压产生系统

1、-/负电压是相对而言的，负电压是相对于参考地而言的，正电压普遍存在，因 为日常生活中所说的电压都是正电压， 负电压接触的范围比较少，但负电压是 些器件，如运放，T-CON的供电，通讯接口需要。等均需要负电压，此时就需要 一个将正电压转换为负电压电路，本文所说的电话使用电荷泵原理将正电压转换 负电压，此电路简单，实用，成本低。本文最开始将介绍电荷泵产生负压基本拓扑，再接着在此基础上不同的连接 的方式形成倍负压，最后形成一个系统；在此过程中本文将详细分析过程， 最后 使用PSpice进行电路仿真进行结果验证。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”（flyi ng） 或“泵送”

2、电容（而非电感或变压器）来储能的DC-DC （变换器）；定义：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）。电荷泵原理：电荷泵的基本原理是, 通过电容对电荷的积累效应而产生高压， 使电流由低电势流向高电势。通俗来讲 就是给电容充电，把电容从充电电路取下以隔离充进的电荷， 然后连接到另一个 电路上，传递刚才隔离的电荷。形象地来说，可以把这个传递电荷的电容看成是“装了电子的水桶”。从一个大水箱把这个桶接满，关闭龙头，然后把桶里的水倒 进一个大水箱。，负压产生电路的基本拓扑-VW- lA/21. -JIC分析

3、负压产生过程: 1.当Vin为高电平时，此电流工作路径为:RIViii7电压通过C1与D1对地放电，此时C1被充满左正右负的电压，C1的右边 被二极管D1钳位至一个管压降。2.当Vin为低电平时，此电流的工作路径为:A-HID2-424743 y A - +-M7-j-V-VinBtVin为低电平时，电容C2被充满下正上负电压；C1的左边由高电平变化为低电平，因为电容两边压降不能突变，C1的右边电压有一个管压降电 压减去高电平，此时C1的右边为负电压；随着时间变化，系统逐渐稳定, 系统输出的电平为高电平-二极管D1的管压降-二极管D2的管压降。此时各状态的电压波形如下图所示广P Lv仅rl 匕

4、佥r!. G1 Lil-3 I沪I仍 IU u召*十冰亠柚必能短工 地切扁苛f n . 如爲軒心T ;七1丄PSP ICE仿真结果波形 仿真电路图为:波形:C3pwmVO.luFaD4D3VC4O.luF0捕！ I r M h 1 mv* w I 习VP丨S-rai-I-THI* k uiikEH皿計worm“WJF 耳u 匚苛A JIr*屈Mb由波形看C3电容两边波形与分析基本类似；输出Vout最终稳定在-3.9V左右二.负电压产生倍压基本拓扑拓扑一:pwmC5O.luFC6O.luFD6D7KFD8=KJ=D5-C7二O.luF0*C8O.luF电路分析过程较基本拓扑比较类似，省略如图为各

5、时间段波形情况:A如厂一11V1 T:七丄叶心十T七1析窘辭出PMV萨此拓扑特点为：后级电容两端电压会越来越大，电容耐压要求较高，但此拓扑电 路纹波较小Pspice仿真原理图仿真波形:拓扑二:C9pwmC18O.luFO.luFA D10 立D11 A D12CIOC110-1O.luFO.luF分析过程不在叙说，此拓扑是在基础拓扑上变化而来的， 此拓扑特点：每个电容上的电压不会超过PWM电压U的两倍，即2U,所以可以选用耐压较低的电容。缺点是电容是串联放电，纹波大。Pspice仿真原理图仿真波形-SVI1, J.I r : H_a 、Jb Ir :bb _r N * I inJ.L-L5LL

6、：冇二:节二: 一伽 _i_._!_i_，_:_!:_I!*F*:754v(. I卄. 1仃| 讣 Vt?Xl：5LUB3：14lEpfiz2LEHI Til-2d ITl IMil Hly 胡；、.： f Ti MB l| 1豆 mx5I r .U.g士工二七疋. 1 J点拓跋三:拓扑三是在拓扑二的基础上改进，此电路纹波小，但电路复杂，成本高以上三种拓扑为基本拓扑的一次倍压，多次将基本拓扑串并联可得到更高的负电压。仿真原理图:C12C16VVC15O.luF仿真波形: II :-Vi!： / i I I Ht：知 k 7*屮吟:* mCxkJ nii rdiJTV. m nvlE3*c*nl

7、Eodj TTW I 5 i*rtf二琨诈塔d蓉I JFrhr Tfl.，-11三. PWM信号产生PWM信号产生电路各种各样，本文档是使用NE555震荡器构成多谐振荡器。NE555只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。它的操作电源范围极大，可与TTL, CMOS 等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平， 均能与这些系列逻辑电 路的高、低电平匹配。其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。RST【哽门THR闽逍1供电本文档是使用NE555形成占空比50%的多谐振荡器。电路如图

8、所示5V5VV1rL吋话;比Y t止胡也r*亡-：|趴屁；AlPHH疋1：4；仁k卅丘也旧苗片I訂li.irivUT-捋F|占片L阀mm VR5：cjtnRm叫iMUm通过摸索，最后在 Simulation Setting 中在 Skip the initial transient bias point calculate n（SKI PBP打勾（如图所示），再次仿真，输出方波产生,Simulation Settinq - 555Gmer Apjtyiii ConfTguratiort F!ki Opdorts Data Collertiori Probt WindowAndtysis typ

9、e:Run Io lime.100msseconds 1STOP|Time Domain fTrantient /Start SAvno data dflw: 0secondsOptionsOMontt Carlo/Worst Caw O Parametric Sweep rTemperature (Swep) rISave Bias PointDLoad Bias Point QSdve Check Points O Restart Siimubtion系统原理图5V5VV15Vdc4tR11kDbreak 幸D1-I : R2 1k D2Dbreak IW十C2存C2O.I1C1 _O.OluFU1CCVTRIGGERRESET OUTPUT CONTROLTHRESHOLDDISCHARGED 555BGlpwmC3 -D4IIn 10.1uF1r D3TC4O.luFpwm-C50.1uFD6D7MC6O.luFD8*d5C7O.luFC8O.luFR34.7k3 J pwmC9pwm卅 w0.1uF弓0C18o4C12rmrt D9 苹