作者：美國研諾邏輯科技有限公司 顏重光

手機、手持無繩電話、對講機之類的手持通信產(chǎn)品都使用電池作為電源的，因此管理好電池電力的使用，可以延電池的壽命，提高使用效率，用科技的方法挖掘電池的潛力，可以獲得更經(jīng)濟的利益。手機的LCD彩屏需要高亮度的白光LED全彩屏出租去電亮，白光LED全彩屏出租需要供給穩(wěn)定的5V工作電壓或恒定的電流，如果工作電壓下降，會影響白光LED全彩屏出租的亮度，LCD彩屏的顯示效果就不理想、顏色不鮮明。白光LED全彩屏出租的電源不能直接到電池上，因為電池一開始使用，電壓就遞減，影響使用效果。所以在電路設計上需要使用一個升壓型的電荷泵，把遞降的電壓在一段較長的時間內(nèi)穩(wěn)定在5V，充分挖掘電池的潛力，提高使用經(jīng)濟效益。

1)  電荷泵的種類

開關式調(diào)整器升壓泵 (圖1.a)



無調(diào)整電容式電荷泵(圖1.b)





可調(diào)整電容式電荷泵(圖1.c)

三個電路的工作過程均為：首先貯存能量，然后以受控方式釋放能量，以獲得所需的輸出電壓。開關式調(diào)整器升壓泵采用電感器來貯存能量，而電荷泵采用電容器。



1 ) 電荷泵的工作原理

電容式電荷泵通過開關陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實現(xiàn)電壓提升，采用電容器來貯存能量。電荷泵是無須電感的，但需要外部電容器。工作于較高的頻率，因此可使用小型陶瓷電容(1μF)，使空間占用最小，使用成本低。電荷泵僅用外部電容即可提供±2倍的輸出電壓。其損耗主要來自電容器的ESR(等效串聯(lián)電阻)和內(nèi)部開關晶體管的RDS（ON）。電荷泵轉換器不使用電感，因此其輻射EMI可以忽略。輸入端噪聲可用一只小型電容濾除。它輸出電壓是工廠生產(chǎn)精密予置的,調(diào)整能力是通過后端片上線性調(diào)整器實現(xiàn)的，因此電荷泵在設計時可按需要增加電荷泵的開關級數(shù)，以便為后端調(diào)整器提供足夠的活動空間。電荷泵十分適用于便攜式應用產(chǎn)品的設計。從電容式電荷泵內(nèi)部結構來看,它實際上是一個片上系統(tǒng)(圖2)。



1)  電荷泵選用要點
作為一個設計工程師選用電荷泵時必然會考慮以下幾個要素：
轉換效率要高
無調(diào)整電容式電荷泵        90%
可調(diào)整電容式電荷泵        85%
開關式調(diào)整器              83%                   
靜態(tài)電流要小，可以更省電；
輸入電壓要低，盡可能利用電池的潛能；
噪音要小，對手機的整體電路無干擾；
功能集成度要高，提高單位面積的使用效率，使手機設計的更小巧；
足夠的輸出調(diào)整能力，電荷泵不會因工作在滿負荷狀態(tài)而發(fā)燙；
封裝尺寸小是手持產(chǎn)品普遍要求；
按裝成本低，包括周邊電路少占PCB板面積小，走線少而簡單；
具有關閉控制端，可在長時間待機狀態(tài)下關閉電荷泵，使供電電流消耗近乎為0。



2) 幾種不同的電荷泵

輸出并聯(lián)穩(wěn)壓供電，周邊零件少，走線簡單，轉換效率高的AAT3110（圖3）
輸出供電需要單獨走線的LM2794（圖.4）
恒流輸出串聯(lián)供電的LT1932（圖.5)

1) AAT3110電荷泵的性能

AAT3110微功率升壓電荷泵是美研諾邏輯科技有限公司（AATI）開發(fā)的微功率開關電容器電壓提升轉換器，它可以提供一個穩(wěn)定的5V輸出，應用時沒有其它升壓泵運作所必需的電感器，周邊只使用三個小的陶瓷電容器，它能輸出100mA電流。它可以驅動4-5個白色或藍色LED全彩屏出租，以滿足彩色LCD背光的應用。

AAT3110的特點是非常低的靜態(tài)電流和高的轉換效率，負載范圍大，是電池電源應用的理想器件。AAT3110工作在電壓升壓狀態(tài)，在750KHz高頻運作，使用脈沖跳躍技術，從變化的輸入電壓中提供一個穩(wěn)定輸出電壓。輸入電壓范圍2.7V-5.5V，輸出穩(wěn)定的5V電壓，轉換效率達90%以上，，輸出紋波大大小于同類產(chǎn)品，ESD大于2KV，具有短路保護、過溫保護功能，AAT3110自身功耗甚微僅13uA，在停機狀態(tài)下耗用電流小于1uA。AAT3110與其它公司同類產(chǎn)品相比輸出電流大、紋波小、價格低（圖.6），實際應用時對LED全彩屏出租并聯(lián)供電（圖.7）走線少，使用方便，因而工藝成本低，周邊電路不使用電感器件，無EMI輻射。



AAT3110主要技術數(shù)：

工作電壓：Vin=2.7-5.5V
輸出電壓：Vout=5.0V/100mA
靜態(tài)電流：Iq=13uA   
停機狀態(tài)電流：ISHDN=1uA
工作效率：90%以上，
工作頻率：750KHz
封    裝： SOT23-6    SC70JW-8

AAT3110采用6腳SOT-23和8腳SC70JW小尺寸封裝，適用于表面貼裝，在PCB板上所占空間很小。SC70JW是AATI專利超小8個腳封裝，晶片占空比達42%，占用PCB面積僅4.2平方毫米，芯片抬起按裝可利應空氣受熱自然流動散熱和多3個腳接地可充分利用PCB散熱。

AAT3111也是類似的微功率升壓電荷泵，它的工作電壓是1.8V-3.3V/3.6V，輸出100mA穩(wěn)定的3.3V或3.6V，最適合于使用二個電池作為電源的產(chǎn)品。

電荷泵適用于手機、PDA、E-Book、平板顯示器、智能讀卡機、USB5V穩(wěn)壓電源、GSM手機的SIM接口電源。

來源：中電網(wǎng)

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