中心論題：
- 電池供電的便攜式設(shè)備在大部分使用壽命內(nèi)常常處在備用狀態(tài)。
- 交流耦合技術(shù)將能量從轉(zhuǎn)移電容器傳送到儲(chǔ)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(lái)遠(yuǎn)程監(jiān)控已穩(wěn)壓的電壓并使電荷泵在進(jìn)入和脫離關(guān)閉狀態(tài)之間來(lái)回切換。
- 利用比較器輸出改變狀態(tài)產(chǎn)生遲滯。
- 設(shè)定一個(gè)比較低的頻率使效率最高并降低比較器轉(zhuǎn)換速率的影響。
電池供電的便攜式設(shè)備在大部分使用壽命內(nèi)常常處在備用狀態(tài)。在這種備用狀態(tài)下，內(nèi)部升壓變換器的靜態(tài)電流仍然不斷消耗電池能量。備用期間的靜態(tài)電流可能比實(shí)際的負(fù)載電流還要大。雖然幾種基于電感器的變換器的最大靜態(tài)電流不到10ma，但是，設(shè)計(jì)師通常寧愿或要求在本質(zhì)上必須安全的、對(duì)成本很敏感的設(shè)計(jì)中使用一種穩(wěn)壓電荷泵。具有至少10ma輸出電流能力的現(xiàn)成穩(wěn)壓電荷泵，其典型最小靜態(tài)電流為50~100ma。如果這樣的靜態(tài)電流電平無(wú)法接受，你就需要增加電路來(lái)遠(yuǎn)程監(jiān)控已穩(wěn)壓的電壓并使電荷泵在進(jìn)入和脫離關(guān)閉狀態(tài)之間來(lái)回切換，從而降低總的平均電流。不過(guò)，這種方法可能無(wú)法達(dá)到所期望的低于10ma的靜態(tài)電流電平。低導(dǎo)通電阻模擬開(kāi)關(guān)、超低電流比較器和超低電流基準(zhǔn)的出現(xiàn)，使得最大靜態(tài)電流接近7ma的電荷泵成為可能。
電荷泵利用交流耦合技術(shù)將能量從轉(zhuǎn)移電容器傳送到儲(chǔ)能電容器。轉(zhuǎn)移電容器首先通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)充電到vbatt電平，然后其它模擬開(kāi)關(guān)將能量傳送到接在vout上的儲(chǔ)能電容器。接著，轉(zhuǎn)移電容器再次充電，并周而復(fù)始進(jìn)行下去。由于理想模擬開(kāi)關(guān)的損耗為零，vout電平就等于vbatt的兩倍。但是，不出所料，模擬開(kāi)關(guān)的有限導(dǎo)通電阻產(chǎn)生的輸出電平是隨負(fù)載電流下降而下降的。圖1所示的基本穩(wěn)壓電荷泵包含一個(gè)振蕩器、幾個(gè)模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)電壓基準(zhǔn)和一個(gè)比較器。比較器起到電壓監(jiān)控器和振蕩器的作用。當(dāng)電路在穩(wěn)壓時(shí)，比較器的輸出為低電平，從而使nc開(kāi)關(guān)關(guān)閉，并使c1充電至vbatt。當(dāng)vout的電壓下降到低于輸出穩(wěn)壓閾值(本例中為3.3v)時(shí)，比較器的輸出變?yōu)楦唠娖?。no(常開(kāi))開(kāi)關(guān)關(guān)閉，從而將c1的電荷轉(zhuǎn)移到c2。這種循環(huán)會(huì)反復(fù)進(jìn)行下去，直到vout再次獲得穩(wěn)壓狀態(tài)。
電阻器r3~r5為振蕩提供了必要的遲滯。這3只電阻器的阻值為1 mω，能產(chǎn)生可觀的遲滯，并使batt的載荷降到最低。當(dāng)比較器輸出改變狀態(tài)時(shí)，反饋電阻器r5會(huì)改變你加到比較器的正輸入端的閾值，由此產(chǎn)生遲滯。當(dāng)電阻值如圖所示，基準(zhǔn)值為ic1的標(biāo)稱(chēng)值(1.182v)，vbatt=3v時(shí)，vin+閾值就在vin+(低)=0.39v和vin+(高)=1.39v兩個(gè)近似值之間擺動(dòng)。當(dāng)電路正在穩(wěn)壓時(shí)，vin-略微超過(guò)vin+，比較器輸出為低電平，r1-r2分壓器檢測(cè)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(jù)公式vin+=vout[r2/(r1+r2)]計(jì)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(yīng)該大于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r2一起按照下面的簡(jiǎn)化關(guān)系設(shè)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。
為了使效率最高并降低比較器轉(zhuǎn)換速率的影響，你應(yīng)該設(shè)定一個(gè)比較低的頻率。選擇c3=470 pf，就可得到下列結(jié)果：tlow=178ms，thigh=68ms;所以，fosc=4 khz。選擇c1和c2的電容值，為的是達(dá)到所期望的負(fù)載電流和波紋電壓。就本應(yīng)用(iload=10 ma)而言，c1=10mf。為了計(jì)算c2的電容值，要根據(jù)所期望的波紋電壓進(jìn)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(tài)電流為6.9ma，比現(xiàn)成的電荷泵的小得多。你還可以通過(guò)提高電阻值來(lái)進(jìn)一步降低靜態(tài)電流，但是，由于ic2的最大靜態(tài)電流為3.8ma，占總靜態(tài)電流的大部分，所以效果非常小。本電路能使你實(shí)現(xiàn)一個(gè)超低靜態(tài)電路穩(wěn)壓電荷泵。在現(xiàn)成電荷泵買(mǎi)到之前，它為尋求不使用電感器實(shí)現(xiàn)低成本電荷泵的設(shè)計(jì)師提供了一種替代品。
