一种电荷泵双极性电源的设计

VIC56

本文提出并讨论了一种 ± 5V 无感电源的原理图设计。
我最近写了一篇关于电荷泵 DC/DC 转换器的文章，也就是说，DC/DC 转换器通过周期性地将电荷泵到电容器上而不是通过电感切换电流来产生输出电压。基于电荷泵的稳压是一种重要的替代方法，比较常见的电感为基础的方法，电荷泵电路
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  W, p& K. n+ \& h- ?, u( L* v: F    are simpler and less expensive; 更简单，更便宜;

5 I8 |  J2 g1 G2 y# D    require less PCB area; 减少多氯联苯面积;
  ~1 H  ]6 D5 O/ r
    在低负载电流下提供优异的效率;
0 O2 o4 r6 v: x. w
0 V* V7 s9 Y0 [4 F- U    不会产生同样多的辐射电磁干扰。
! o4 S# w9 c! P
4 v% S9 p6 A5 T- b+ r9 j( ~' K电荷泵稳压器的主要限制是输出电流; 当需要超过50-100毫安时，基于电感的开关是一个更好的选择。然而，对于许多低功耗电子设备或子电路来说，50mA 的电流是足够的，而且在我看来，对基于电感的 DC/DC 转换的关注已经导致许多设计者忽略了一个潜在的更好的选择。
" R5 h' R) L- F: s1 g6 Y& ?USB 输入，± 5V 输出我创建了一个电源块的参考设计，采取5伏输入和产生 + 5伏和 -5伏输出导轨。对于不同的电压，修改这个电路并不困难，但是我认为5V 到 ± 5V 的配置在许多应用中是有用的，因为5V 是你从 USB 电源中获得的(几乎在任何地方都可以方便地获得) ，而且 ± 5V 适用于各种模拟电路。另外，如果你想使用 LDO 产生3.3 V 的电压，5V 是一个很好的起点，所以也许你可以使用模拟电路的正5V 导轨，也可以将其调节到3.3 V 的数字电路。
) x: y9 F) _- `: E* S# B关于双电源的注意事项: 毫无疑问，许多模拟电路可以在单电源环境中实现，这种方法可能是有利的。然而，我个人的观点是，当使用双极电源时，模拟电路更直观、更直观。我是最后一个想用不必要的电源电路来复杂化设计的人，但是本文介绍的电荷泵电路是如此简单和紧凑，它使得双极电源成为许多模拟和混合信号设备的可行选择。
+ w7 i+ {2 f8 O2 V# }7 k/ o0 ^The LTC3265该电路的中心元件是来自线性技术/模拟器件的 LTC3265。

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4 i  J3 F8 ^0 K! ?" d取自 LTC3265数据表的图这是一个高度集成的部分，包括一个倍压电荷泵，一个电压逆变电荷泵，和两个线性调节器。下面是我如何生成对称、低噪音的轨道:

! E* X& \5 \0 v: I    输入电压供给倍增电荷泵。
5 P/ L# x2 O- e; q, D: I
2 k# C% V- ?- f7 [( }: S5 L    倍电荷泵的输出为反相电荷泵供电。

2 Q$ r# U. ~3 o' `# v    倍频和反相电荷泵的输出通过 LDO 调节到所需的电压。
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0 b6 X1 f0 c: ~( u) Z

还有其他实现 LTC3265的方法。您可以反转输入电压，然后使用输入电压和反转电压作为您的双极轨道，或反转和双倍的输入电压，然后使用 LDO 来调节只有双倍的电压，或使用双倍的电压供电的逆变器，并连接双倍和反转输出直接到负载(即，不使用 LDO)。
! {' Q: L" F# F" ~然而，我在参考设计中使用的配置在大多数情况下是可取的
$ x/ J0 M9 W  r) o. _: |' {; Q
. w+ @8 n8 K8 ~$ i% T+ ^8 I0 w    它的高度通用性: 在产生 ± 10电压从倍频器和逆变器，你可以选择不同的最终输出电压只需改变两个电阻。LDO 电压设定如下:

! F6 b0 O8 S9 J# U) a$V _ { LDO + } = 1.2 V 乘以左(frc { R _ 3}{ R _ 1} + 1右) V _ { LDO-} = -1.2 V 乘以左(frc { R _ 4}{ R _ 2} + 1右) $

0 A$ G: X. x8 @  V; m, O    利用 LDO 产生输出导轨有助于抑制电荷泵开关动作产生的噪声。
4 X$ J) V5 @4 F
% S' N* Y) Q: E) K4 t  A& m    LDO 还确保输出导轨将有一个稳定的电压，即使有显着的变化，在输入电压。
  g! }3 q) G, o- j
在我们讨论示意图的其他方面之前，我应该提到一个细节: 我把电荷泵称为“倍增”和“反转”，但是整个故事有点复杂。LTC3265既可以在突发模式下工作，也可以在开环模式下工作。在开环模式下，升压电荷泵将其输入电压增加一倍，而逆变电荷泵将其输入电压乘以负一倍。但在突发模式下，影响因素略小: VBOOST = 0.94 × 2 × VIN _ BOOST，VINV = -0.94 × VIN _ INV。这并不真正影响我的电路，虽然，因为小的差异不会改变由 LDO 产生的电压。
  M0 j1 [. W* b( A) l1 y0 ^示意图详情这是我的无感器双极电源的整个示意图:
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" t0 m8 V$ G6 O: e/ h: e. r3 b
    电源通过一个典型的 USB micro-B 连接器进入。

" j2 |* q$ O+ W/ W: j    我包括一个大电容器的输入，因为我总是喜欢大量的电容时，板的输入电压是通过电缆和/或来自一个未知的来源。然而，47μF 的电容器大大增加了电路板的尺寸和成本(特别是成本) ，所以如果你有预算或空间限制，考虑取消 C1。

    RT 引脚和接地之间的电阻量决定了 LTC3265的振荡器频率。我用电位计来测试不同的频率。

) J8 @+ A$ C% h) K/ g+ b, M1 S& ^

# Y$ i* D% }7 j3 r    J3和 J4是母头，我可以用来插入老式的通孔电阻器。这使我能够在不同的负载条件下评估电路的性能。

, }: a5 `$ r0 c6 l2 H( @- v- A0 M3 [2 i    C8和 C9不是必不可少的，但你也可以把它们包括在内，因为它们可以减少 LDO 输出电压中的噪声量。

结论正如你可以从示意图中看到的，一个像 LTC3265的部件允许你产生低噪声双极电源，而不需要大量的设计工作，也不需要很长的元件列表。(我假设 LDO 将消除大部分的开关噪声; 我将在有机会测试电路板之后才能确定。)虽然肯定不是一个大电流电源，电路可以提供高达100毫安(50毫安从每个 LDO) ，这是足够的许多应用。

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