設計低壓電子設備的首要步驟之一是決定使用哪種類(lèi)型的電源�；旧嫌袃煞N選擇：線(xiàn)性穩壓器或 DC/DC 轉換器�，F在我們經(jīng)常選擇 DC/DC 轉換器，因為開(kāi)關(guān)模式電壓調節通常比線(xiàn)性調節更有效。（如果您想知道我為什么添加“一般”，請查看本文中標題為“效率問(wèn)題”的部分。）
如果您像我一樣，在決定需要一個(gè) DC/DC 轉換器后，您會(huì )立即開(kāi)始對龐大的電路、復雜的元件選擇、嘈雜的輸出電壓等產(chǎn)生苦澀的想法。不過(guò)，重要的是要記住，典型的基于電感器的開(kāi)關(guān)穩壓器并不是的選擇。有一個(gè)完全獨立的拓撲可以提供顯著(zhù)的好處，盡管它肯定不適合所有設計。
電感輸出，電容輸入
無(wú)電感器 DC/DC 轉換器被稱(chēng)為“電荷泵”穩壓器，因為它們使用開(kāi)關(guān)周期性地將電荷“泵”到電容器上。我想您可以將其比作手動(dòng)給輪胎充氣，輪胎會(huì )慢慢漏氣。如果你打氣的速度足夠快，輪胎就不會(huì )漏氣，即使它正在漏氣，即使你沒(méi)有持續注入新的空氣。泵送的空氣就像輸入電流，泄漏的空氣就像負載電流，我猜輪胎壓力有點(diǎn)像電壓。通過(guò)充分的泵送（記住泵送 =定期注入空氣），您可以無(wú)限期地保持高胎壓和提供負載電流。
因此，首先要了解的是，電荷泵穩壓器使用開(kāi)關(guān)周期性地將電流從輸入電源注入電容器。當輸入開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，第二組開(kāi)關(guān)將電容器連接到調節器的輸出側，以便它可以提供負載電流。另一個(gè)要記住的關(guān)鍵點(diǎn)是電容器的電壓不會(huì )瞬間改變。因此，如果您將其充電至 5 V，然后使用開(kāi)關(guān)改變其連接，電容器兩端的電壓 (V CAP ) 仍將為 5 V。這就是電容器可以輕松用作倍壓器的原因：
當連接到輸入時(shí)，V CAP為 5 V。當連接到輸出時(shí)，V CAP（初）為 5 V。但請注意，輸出側較低的連接連接到 V IN，而不是接地。這意味著(zhù) V OUT必須比V IN高5 V ；換句話(huà)說(shuō)，V OUT = 2V IN。
您可以使用類(lèi)似的技巧來(lái)反轉輸入電壓：
此處，下方輸出連接為 V OUT，上方輸出連接接地。當輸入開(kāi)關(guān)打開(kāi)且輸出開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，V CAP = 5 V，因此輸出必須（初）低于地電壓 5 V；換言之，V OUT = –V IN。
可以實(shí)現其他輸入到輸出關(guān)系，但這兩個(gè)非常簡(jiǎn)單，而且如果您從電荷泵穩壓器開(kāi)始，然后使用線(xiàn)性穩壓器微調輸出，它們可能就是您所需要的全部（這種方法還有降低噪聲的額外好處）。
優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
如果您有閱讀我的文章的習慣，您可能會(huì )知道我對基于電感器的開(kāi)關(guān)穩壓器有著(zhù)不可阻擋的偏見(jiàn)，因此我的直覺(jué)是宣布電荷泵穩壓器普遍優(yōu)越。然而，這完美地證明了當我們的結論基于偏見(jiàn)、恐懼或反復無(wú)常而不是合理的推理時(shí)，人類(lèi)是多么荒謬。電荷泵方法在某些應用中很有用，但在許多（或大多數？）情況下，基于電感器的開(kāi)關(guān)更可取。
優(yōu)點(diǎn)
一般來(lái)說(shuō)，電荷泵穩壓器比等效的基于電感器的穩壓器更小、更簡(jiǎn)單且更便宜。這份好處清單可能看起來(lái)不是很長(cháng)，但請記住，規模、上市時(shí)間和成本是當今工程界的重要因素，有時(shí)甚至是至關(guān)重要的因素。
缺點(diǎn)
電荷泵穩壓器無(wú)法提供與基于電感器的穩壓器一樣大的輸出電流。我不確定如何準確地對此進(jìn)行量化，但對于需要超過(guò) 50–100 mA 電流的負載，基于電感器的開(kāi)關(guān)似乎是。此外，在某些應用中（尤其是那些需要高輸出電流的應用），電荷泵穩壓器的效率將低于基于等效電感器的電路的效率（盡管優(yōu)于 LDO）。
噪音
兩種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)穩壓器都比線(xiàn)性穩壓器噪聲大。但是一個(gè)比另一個(gè)更好嗎？我的猜測是這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有明確的答案，僅僅是因為影響噪音的其他因素太多了。然而，我有一種感覺(jué)，基于電感器的穩壓器往往更差，至少在輻射噪聲方面是這樣，因為電感器更像是天線(xiàn)（除非它被屏蔽，但屏蔽電感器更昂貴）。如果您有關(guān)于電荷泵開(kāi)關(guān)器與基于電感器的開(kāi)關(guān)器的噪聲性能的任何信息，請在評論中告訴我們。
結論
我想介紹這個(gè)主題，因為我近設計了一個(gè) 5 V 至 ±5 V 電荷泵電源電路，它可以作為子系統合并到您的下一個(gè)模擬或混合信號項目中。我使用了 Linear Tech/Analog Devices 的 LTC3265：
圖表取自L(fǎng)TC3265數據表。
我們將在以后的文章中查看原理圖和 PCB，我還將提供性能評估，以便您了解此類(lèi)電路的功能。 |
