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， 但负电压是一 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” （fly

2、ing ） 或“泵送”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

3、扑分析负压产生过程：1. 当 Vin 为高电平时，此电流工作路径为：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：Vin 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PSPICE 仿真结果波形仿真电路

4、图为：VC40.1uF波形：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.负电压产生倍压基本拓扑拓扑一：pwmC60.1uFC50.1uFD6D7D8C70.1uFC80.1uF电路分析过程较基本拓扑比较类似，省略 如图为各时间段波形情况：典k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：C9C18pwm0.1uF0.1uFD9 D10 D11 D12C110.1uFC100.1uF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

5、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拓跋三：C12 pwmC160.1uFD130.1uFD14D15D16C14C130.1uF0.1uF0.1uFD17D18 D19 D20C17mwpC150.1uF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：C12C16VC150.1uFV仿真波形：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。NE55

6、5 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。Pin 脚图本文档是使用NE555 形成占空比 50% 的多谐振荡器电路如图所示R11kbreakD1R21kD2DbreakC25VU1C10.01uFF24567CCTRIGGERRESET OUTPUTCONTROLTHRESHOLDDISC

7、HARGDEN 555B GR34.7kpwm0下面详细分析下 NE555 的工作过程当电源通过 R1，D1，C2 回路进行充电， 当电压充至，输出跳转成低电平；当输出低电平时， NE555 的第 7pin 开始通过 C2,D2,R2 进行放电，当 C2 上电 压降低至 ，输出将会跳转至高电平，此时 C2 又开始通电，周而复始，输出 成方波充电过程：放电过程：通过公式可知，当 R1=R2 ，上升时间与下降时间相等，输出方波占空比相等仿真波形：NE555 仿真注意实现：NE555 首先搭建平台， 使用 PSpice 仿真，当仿真并没有方波产生， 波形如图所 示通过摸索，最后在 Simulation Setting 中在 Skip the initial transient bias point calculation(SKIPBP) 打勾(如图所示)，再次仿真，输出方波产生，系统原理图5VV15Vdc0R11kDbreakD