設(shè)計(jì)電荷泵雙極電源
出處:維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng) 發(fā)布于:2023-04-12 16:24:10 | 298 次閱讀
更簡(jiǎn)單,更便宜;
需要更少的PCB面積;
在低負(fù)載電流下提供出色的效率;和
不要產(chǎn)生盡可能多的輻射 EMI。
電荷泵穩(wěn)壓器的主要限制是輸出電流;當(dāng)您需要超過 50–100 mA 的電流時(shí),基于電感器的開關(guān)是更好的選擇。然而,對(duì)于許多低功率電子設(shè)備或子電路來說,50 mA 的電流已經(jīng)足夠了,在我看來,對(duì)基于電感器的 DC/DC 轉(zhuǎn)換的關(guān)注導(dǎo)致許多設(shè)計(jì)人員忽略了一個(gè)可能更優(yōu)越的替代方案。
USB 輸入,±5 V 輸出
我為采用 5 V 輸入并生成 +5 V 和 –5 V 輸出軌的電源模塊創(chuàng)建了一個(gè)參考設(shè)計(jì)。為不同電壓修改此電路并不困難,但我認(rèn)為 5 V 至 ±5 V 配置在許多應(yīng)用中可能很有用,因?yàn)?5 V 是您從 USB 電源獲得的電壓(幾乎隨處可用)并且因?yàn)?±5 V 適用于范圍廣泛的模擬電路。此外,如果您想使用 LDO 生成 3.3 V,5 V 是一個(gè)很好的起點(diǎn),因此您可以將正 5 V 電源軌用于模擬電路,并將其調(diào)節(jié)至 3.3 V 用于數(shù)字電路。
關(guān)于雙電源的注意事項(xiàng):毫無疑問,許多模擬電路都可以在單電源環(huán)境中實(shí)現(xiàn),而且這種方法很有優(yōu)勢(shì)。然而,我個(gè)人的看法是,當(dāng)使用雙極電源時(shí),模擬電路更直接、更直觀。我是最不愿意使用不必要的電源電路使設(shè)計(jì)復(fù)雜化的人,但本文介紹的電荷泵電路非常簡(jiǎn)單緊湊,它使雙極性電源成為許多模擬和混合信號(hào)設(shè)備的可行選擇.
LTC3265 該電路的核心元件是Linear Tech/Analog Devices 的LTC3265。
它是一個(gè)高度集成的部件,包含一個(gè)倍壓電荷泵、一個(gè)電壓反相電荷泵和兩個(gè)線性穩(wěn)壓器。以下是我如何生成對(duì)稱的低噪聲軌道:
輸入電壓饋送到倍壓電荷泵。
雙電荷泵的輸出饋送到反相電荷泵。
使用 LDO 將倍壓和反相電荷泵的輸出調(diào)節(jié)到所需的電壓。
還有其他方法可以實(shí)現(xiàn) LTC3265。您可以將輸入電壓反相,然后將輸入電壓和反相電壓用作雙極軌,或者將輸入電壓反相并加倍,然后使用 LDO 僅調(diào)節(jié)加倍的電壓,或者使用加倍的電壓為逆變器供電,并且將雙倍和反相輸出直接連接到負(fù)載(即不使用 LDO)。
但是,在大多數(shù)情況下,我在參考設(shè)計(jì)中使用的配置更可取:
用途廣泛:倍壓器和反相器產(chǎn)生±10 V后,只需更換兩個(gè)電阻即可選擇不同的最終輸出電壓。LDO 電壓設(shè)置如下:
$$V_{LDO+}=1.2V\times\left(\frac{R_3}{R_1}+1\right) \ \ \ \ V_{LDO-}=-1.2V\times\left(\frac{R_4 {R_2}+1\右)$$
使用 LDO 產(chǎn)生輸出軌有助于抑制電荷泵開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的噪聲。
LDO 還確保輸出軌具有穩(wěn)定的電壓,即使輸入電壓存在顯著變化也是如此。 在我們討論原理圖的其他方面之前,我應(yīng)該提到一個(gè)細(xì)節(jié):我將電荷泵稱為“倍增”和“反相”,但整個(gè)故事有點(diǎn)復(fù)雜。LTC3265 可以工作在突發(fā)模式或開環(huán)模式。在開環(huán)模式下,升壓電荷泵將其輸入電壓增加兩倍,反相電荷泵將其輸入電壓乘以負(fù)一。然而,在突發(fā)模式下,這些因素略?。篤 BOOST = 0.94 × 2 × V IN_BOOST和 V INV = –0.94 × V IN_INV。不過,這并沒有真正影響我的電路,因?yàn)槲⑿〉牟町惒粫?huì)改變 LDO 產(chǎn)生的電壓。
電源通過典型的 USB Micro-B 連接器進(jìn)入。
我在輸入端加入了一個(gè)大電容,因?yàn)楫?dāng)電路板的輸入電壓通過電纜和/或未知來源時(shí),我總是喜歡有足夠的電容。但是,47 ?F 電容器會(huì)顯著增加電路板尺寸和成本(尤其是成本),因此如果您有預(yù)算或空間限制,請(qǐng)考慮取消 C1。
RT 引腳和地之間的電阻值決定了 LTC3265 的振蕩器頻率。我使用了一個(gè)電位器,這樣我就可以嘗試不同的頻率。
J3 和 J4 是母接頭,可用于插入老式通孔電阻器。這使我能夠評(píng)估電路在不同負(fù)載條件下的性能。
C8 和 C9 不是必需的,但您也可以包括它們,因?yàn)樗鼈兛梢詼p少 LDO 輸出電壓中的噪聲量。
結(jié)論
正如您從原理圖中看到的那樣,像 LTC3265 這樣的部件允許您生成低噪聲雙極電源,而無需大量的設(shè)計(jì)工作和一長(zhǎng)串元件。(我假設(shè) LDO 會(huì)消除大部分開關(guān)噪聲;我會(huì)在有機(jī)會(huì)測(cè)試電路板后確定。)雖然肯定不是大電流電源,但該電路可以提供高達(dá) 100 mA(來自每個(gè) LDO 的 50 mA),這對(duì)于許多應(yīng)用來說已經(jīng)足夠了。
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