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”（ flyin

2、g ）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”（fly ing）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

3、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图为：波形：由波形看 C3 电容两边波形与分析基

4、本类似；输出 Vout 最终稳定在左右 二.负电压产生倍压基本拓扑拓扑一：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

5、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2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1 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3?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：?= ?2放电过程： ?= ?2?2?2通过公式可知，当R仁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 S