怎样使用二极管电荷泵制作反转电源？

什么是电荷泵

电荷泵是通过时钟信号、电容器和开关（FET或二极管）使电压升压或反转的电路。

电荷泵具有以下特点。

优点

仅由电容器、开关（二极管）构成，节省空间

无需线圈

辐射噪声小

可升压/负电压

缺点

不能输出大电流

由于利用电容器充放电，所以脉动电压大

想要低价制作高电压和负电压时，经常使用时钟信号（DC/DC的开关节点等）和二极管组成的二极管电荷泵。   在此，介绍使用二极管电荷泵的反转电源制作方法的原理和实例。  

反转电荷泵回路的工作原理

分为电容器CPUMP的充电工作/放电工作。
 

Step1: 充电工作
 

Step2: 放电工作  

Step1: 充电工作

S­1­­、S­3导通，S­2、S­4断开，B点的电压变为GND。当电流流过蓝线时，CPUMP的电压充电至VIN，CPUMP端子间电压为VIN。  

Step2: 放电工作

S­2、S­4导通，S­1、S­3断开，A点的电压变为GND。CPUMP的端子间电压Vin被维持，所以随着A点的电压从VIN降低到GND，B点的电压也从GND降低到-VIN。

B点的电压降到-VIN时，从CPUMP放电到输出电容CL，输出电压下降。（请参见红线）

在该工作中，可以在输出电容CL中积蓄负电压。  

使用二极管的负电压生成电路

介绍实际使用二极管的负电压生成方法。

在二极管电荷泵电路中，根据电路方式可以生成-N倍的电压。  

基本电路(1)

基本电路(1)   可从时钟输出输出-N（≥1）倍的输出电压。  

通过重叠二极管电荷泵的级数，可以输出更低的电压。各段有肖特基二极管的损失，N倍的输出电压为以下公式的值。  

VOUT(N) = VIN × N - VF × 2(N - 1) - α

VF：肖特基二极管正向电压  α：其他损失部分

基本电路(2)

基本电路(2)   与基本电路（1）相比，上升时间变快，但稳定度稍差。N倍的输出电压与基本电路（1）相同，可以用以下公式表示。   VOUT(N) = VIN × N - VF × 2(N - 1) – α

VF：肖特基二极管正向电压 α：其他损失部分   使用基本电路（1）和DC/DC的开关节点确认“-1倍二极管电荷泵”是否生成负电压。  

实验电路  

实验电路板  

负载调整：无负载电阻  

负载调整：有负载电阻   输出电压是输入电压的-1倍，但在轻负载下输出电压比-1倍高。  

DC/DC的开关节点包含开关噪声，该开关噪声是输出电压以上的高频分量。在电荷泵中，由于该开关噪声也被反转，所以输出电压比-1倍高。  

通过增大输出电流，输出电压接近-1倍。因此，在输出电压的上升对策中，一般通过在输出侧连接负载电阻来进行上升对策。  

审核编辑：刘清