製備超低靜態電流電荷泵
發布時間:2008-10-04
中心論題:
- 電池供電的便攜式設備在大部分使用壽命內常常處在備用狀態。
- 交流耦合技術將能量從轉移電容器傳送到儲能電容器。
- 電阻器為振蕩提供了必要的遲滯。
解決方案:
- 增加電路來遠程監控已穩壓的電壓並使電荷泵在進入和脫離關閉狀態之間來回切換。
- 利用比較器輸出改變狀態產生遲滯。
- 設定一個比較低的頻率使效率最高並降低比較器轉換速率的影響。
dianchigongdiandebianxieshishebeizaidabufenshiyongshoumingneichangchangchuzaibeiyongzhuangtai。zaizhezhongbeiyongzhuangtaixia,neibushengyabianhuanqidejingtaidianliurengranbuduanxiaohaodianchinengliang。beiyongqijiandejingtaidianliukenengbishijidefuzaidianliuhaiyaoda。suiranjizhongjiyudianganqidebianhuanqidezuidajingtaidianliubudao10ma,但是,設計師通常寧願或要求在本質上必須安全的、對成本很敏感的設計中使用一種穩壓電荷泵。具有至少10ma輸出電流能力的現成穩壓電荷泵,其典型最小靜態電流為50~100ma。如(ru)果(guo)這(zhe)樣(yang)的(de)靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)電(dian)平(ping)無(wu)法(fa)接(jie)受(shou),你(ni)就(jiu)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)電(dian)路(lu)來(lai)遠(yuan)程(cheng)監(jian)控(kong)已(yi)穩(wen)壓(ya)的(de)電(dian)壓(ya)並(bing)使(shi)電(dian)荷(he)泵(beng)在(zai)進(jin)入(ru)和(he)脫(tuo)離(li)關(guan)閉(bi)狀(zhuang)態(tai)之(zhi)間(jian)來(lai)回(hui)切(qie)換(huan),從(cong)而(er)降(jiang)低(di)總(zong)的(de)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu)。不(bu)過(guo),這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)可(ke)能(neng)無(wu)法(fa)達(da)到(dao)所(suo)期(qi)望(wang)的(de)低(di)於(yu)10ma的靜態電流電平。低導通電阻模擬開關、超低電流比較器和超低電流基準的出現,使得最大靜態電流接近7ma的電荷泵成為可能。
電荷泵利用交流耦合技術將能量從轉移電容器傳送到儲能電容器。轉移電容器首先通過模擬開關充電到vbatt電平,然後其它模擬開關將能量傳送到接在vout上的儲能電容器。接著,轉移電容器再次充電,並周而複始進行下去。由於理想模擬開關的損耗為零,vout電平就等於vbatt的兩倍。但是,不出所料,模擬開關的有限導通電阻產生的輸出電平是隨負載電流下降而下降的。圖1所示的基本穩壓電荷泵包含一個振蕩器、幾個模擬開關、一個電壓基準和一個比較器。比較器起到電壓監控器和振蕩器的作用。當電路在穩壓時,比較器的輸出為低電平,從而使nc開關關閉,並使c1充電至vbatt。當vout的電壓下降到低於輸出穩壓閾值(本例中為3.3v)時,比較器的輸出變為高電平。no(常開)開關關閉,從而將c1的電荷轉移到c2。這種循環會反複進行下去,直到vout再次獲得穩壓狀態。
電阻器r3~r5為振蕩提供了必要的遲滯。這3隻電阻器的阻值為1 mω,能產生可觀的遲滯,並使batt的載荷降到最低。當比較器輸出改變狀態時,反饋電阻器r5會改變你加到比較器的正輸入端的閾值,由此產生遲滯。當電阻值如圖所示,基準值為ic1的標稱值(1.182v),vbatt=3v時,vin+閾值就在vin+(低)=0.39v和vin+(高)=1.39v兩個近似值之間擺動。當電路正在穩壓時,vin-略微超過vin+,比較器輸出為低電平,r1-r2分壓器檢測vout的電壓,而vin+的閾值很低(0.39v)。在vin+為0.39v的情況下,你可以根據公式vin+=vout[r2/(r1+r2)]計算出r1和r2的阻值。為了使vbatt的載荷降到最低,r1+r2的電阻值應該大於1 mω。如果vout=3.3v,而r2為2.2 mω,則r1為301 kω。電容器c3連接到比較器的vin-輸入端。c3與r1和r2一起按照下麵的簡化關係設定振蕩頻率:tdischarge=tlow =-(r2c3)ln[(vin+(low))/(vin+high))];tcharge=thigh=-(r2c3)ln[1-(vin+(high)-vin+(low))/(vbatt-vin+(low)];以及fosc=1/tperiod,其中tperiod=tlow+thigh。
為了使效率最高並降低比較器轉換速率的影響,你應該設定一個比較低的頻率。選擇c3=470 pf,就可得到下列結果:tlow=178ms,thigh=68ms;所以,fosc=4 khz。選擇c1和c2的電容值,為的是達到所期望的負載電流和波紋電壓。就本應用(iload=10 ma)而言,c1=10mf。為了計算c2的電容值,要根據所期望的波紋電壓進行一次近似:c2=(iload×tlow)/vripple。在iload=10ma和vripple=150mv的情況下,c2=12mf。
在上述元件值的情況下,本電路吸收的最大靜態電流為6.9ma,比現成的電荷泵的小得多。你還可以通過提高電阻值來進一步降低靜態電流,但是,由於ic2的最大靜態電流為3.8ma,占(zhan)總(zong)靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)的(de)大(da)部(bu)分(fen),所(suo)以(yi)效(xiao)果(guo)非(fei)常(chang)小(xiao)。本(ben)電(dian)路(lu)能(neng)使(shi)你(ni)實(shi)現(xian)一(yi)個(ge)超(chao)低(di)靜(jing)態(tai)電(dian)路(lu)穩(wen)壓(ya)電(dian)荷(he)泵(beng)。在(zai)現(xian)成(cheng)電(dian)荷(he)泵(beng)買(mai)到(dao)之(zhi)前(qian),它(ta)為(wei)尋(xun)求(qiu)不(bu)使(shi)用(yong)電(dian)感(gan)器(qi)實(shi)現(xian)低(di)成(cheng)本(ben)電(dian)荷(he)泵(beng)的(de)設(she)計(ji)師(shi)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)種(zhong)替(ti)代(dai)品(pin)。
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