电荷泵负压产生系统.doc

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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”（flying）或“泵送”电容（而非电

2、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。一，负压产生电路的基本拓扑分析负压产生过程：1.当Vin为高电平时，此电流工作路径

3、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图为：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左右二.负电压产生倍压基本拓扑拓扑一

4、：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：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：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：仿真波形：三．PWM信号产生PWM信号产生电路各种

5、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。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23VCC，输出跳转成低电平；当输出低电平时，NE

6、555的第7pin开始通过C2,D2,R2进行放电，当C2上电压降低至13VCC，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：th=R1C2ln2放电过程：tl=R2C2ln2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SimulationSetting中在Skiptheinitialtransientbiaspointcalculation(SKIPBP)打勾（如图所示），再次仿真，输出方波产生，系统

7、原理图