【技术专辑】设计电荷泵双极电源

本文介绍并讨论了±5 V无电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,即通过周期性地将电荷泵送到电容器而不是通过电感器切换电流来产生输出电压的DC / DC转换器。基于电荷泵的电压调节是更常见的基于电感的方法的重要替代方案; 电荷泵电路

 

•更简单,更便宜;

 

•需要更少的PCB面积;

 

•在低负载电流下提供出色的效率; 

 

•不会产生尽可能多的辐射EMI。

 

电荷泵调节器的主要限制是输出电流; 当您需要超过约50-100 mA时,基于电感的切换器是更好的选择。然而,对于许多低功率电子器件或子电路来说,50 mA是充足的电流,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种潜在的优越替代方案。

 

USB输入,±5 V输出

 

我为电源模块创建了一个参考设计,它采用5 V输入并产生+5 V和-5 V输出电压轨。对于不同的电压来修改这个电路并不困难,但我认为5 V到±5 V的配置在许多应用中都很有用,因为5 V就是你从USB电源获得的(几乎在任何地方都可以方便地使用)还有就是因为5 V适用于各种模拟电路。此外,如果您想使用LDO产生3.3 V电压,5 V是一个很好的起点,因此您可以使用正5 V电压轨用于模拟电路,并将数字电路的电压调节至3.3 V.

 

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。但是,我个人认为,当使用双极性电源时,模拟电路更直接,更直观。我是最后一个想要使用不必要的电源电路复杂化设计的人,但本文介绍的电荷泵电路非常简单紧凑,使得双极电源成为许多模拟和混合信号器件的可行选择。 

 

LTC3265

 

该电路的核心部件是Linear Tech / Analog Devices 的LTC3265。

 

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图来自LTC3265数据表。

 

它是一个高度集成的部件,包含倍压电荷泵,电压反相电荷泵和两个线性稳压器。以下是说明对称的低噪音轨道如何生成的:

 

1.输入电压为双倍电荷泵供电。

 

2.双倍电荷泵的输出馈送反相电荷泵。

 

3.使用LDO将倍频和反相电荷泵的输出调节至所需电压。

 

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还有其他方法可以实现LTC3265。您可以将输入电压反相,然后使用输入电压和反向电压作为双极性电压轨,或者将输入电压反相并加倍,然后使用LDO仅调节倍压,或者使用加倍电压为逆变器供电将加倍和反相输出直接连接到负载(即不使用LDO)。

但是,在大多数情况下,我在参考设计中使用的配置更可取:

•它功能多样:从倍频器和逆变器产生±10 V电压后,只需更换两个电阻即可选择不同的最终输出电压。LDO电压设置如下:

 

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•使用LDO产生输出轨有助于抑制由电荷泵的开关动作产生的噪声。

 

•即使输入电压存在显着变化,LDO也可确保输出轨具有稳定的电压。

 

在讨论原理图的其他方面之前,我应该提一个细节:我已经将电荷泵称为“加倍”和“反转”,但完整的故事有点复杂。LTC3265可以在突发模式或开环模式下工作。在开环模式下,升压电荷泵将其输入电压增加2倍,反相电荷泵将其输入电压乘以负1。然而,在突发模式中,因子略小:V BOOST = 0.94×2×V IN_BOOST,并且V INV = -0.94×V IN_INV。但这并不会影响我的电路,因为微小的差异不会改变LDO产生的电压。

 

原理图详情

 

以下是我的无电感双极电源的完整原理图:

 

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点击放大。

 

•电源通过典型的USB Micro-B连接器进入。

 

•我在输入端加了一个大电容,因为当电路板的输入电压通过电缆和/或来自未知电源时,我总是喜欢充足的电容。但是,47μF电容会显着增加电路板尺寸和成本(尤其是成本),因此如果您有预算或空间限制,请考虑消除C1。

 

•RT引脚与地之间的电阻量决定了LTC3265的振荡器频率。我使用电位器,以便我可以尝试不同的频率。

 

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•J3和J4是母插头,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。

 

•C8和C9不是必需的,但您也可以将它们包括在内,因为它们可以减少LDO输出电压中的噪声量。

 

总结

 

从原理图中可以看出,像LTC3265这样的器件可以生成低噪声双极性电源,无需大量设计工作,也无需很长的元件列表。(我假设LDO将消除大部分开关噪声;在我有机会测试电路板后我肯定会知道。)虽然肯定不是大电流电源,但电路最多可提供100个mA(每个LDO 50 mA),这对于许多应用来说已经足够了。

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发布日期:2019年03月04日  所属分类:参考设计