一種電荷泵雙極性電源的設(shè)計(jì)
本文提出并討論了一種 ± 5V 無(wú)感電源的原理圖設(shè)計(jì)
本文提出并討論了一種 ± 5V 無(wú)感電源的原理圖設(shè)計(jì)。
我最近寫(xiě)了一篇關(guān)于電荷泵 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的文章，也就是說(shuō)，DC/DC 轉(zhuǎn)換器通過(guò)周期性地將電荷泵到電容器上而不是通過(guò)電感切換電流來(lái)產(chǎn)生輸出電壓?；陔姾杀玫姆€(wěn)壓是一種重要的替代方法，比較常見(jiàn)的電感為基礎(chǔ)的方法，電荷泵電路
are simpler and less expensive; 更簡(jiǎn)單，更便宜;
require less PCB area; 減少多氯聯(lián)苯面積;
在低負(fù)載電流下提供優(yōu)異的效率;
不會(huì)產(chǎn)生同樣多的輻射電磁干擾。
電荷泵穩(wěn)壓器的主要限制是輸出電流; 當(dāng)需要超過(guò)50-100毫安時(shí)，基于電感的開(kāi)關(guān)是一個(gè)更好的選擇。然而，對(duì)于許多低功耗電子設(shè)備或子電路來(lái)說(shuō)，50mA 的電流是足夠的，而且在我看來(lái)，對(duì)基于電感的 DC/DC 轉(zhuǎn)換的關(guān)注已經(jīng)導(dǎo)致許多設(shè)計(jì)者忽略了一個(gè)潛在的更好的選擇。
USB 輸入，± 5V 輸出
我創(chuàng)建了一個(gè)電源塊的參考設(shè)計(jì)，采取5伏輸入和產(chǎn)生 + 5伏和 -5伏輸出導(dǎo)軌。對(duì)于不同的電壓，修改這個(gè)電路并不困難，但是我認(rèn)為5V 到 ± 5V 的配置在許多應(yīng)用中是有用的，因?yàn)?V 是你從 USB 電源中獲得的(幾乎在任何地方都可以方便地獲得) ，而且 ± 5V 適用于各種模擬電路。另外，如果你想使用 LDO 產(chǎn)生3.3 V 的電壓，5V 是一個(gè)很好的起點(diǎn)，所以也許你可以使用模擬電路的正5V 導(dǎo)軌，也可以將其調(diào)節(jié)到3.3 V 的數(shù)字電路。
關(guān)于雙電源的注意事項(xiàng): 毫無(wú)疑問(wèn)，許多模擬電路可以在單電源環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，這種方法可能是有利的。然而，我個(gè)人的觀點(diǎn)是，當(dāng)使用雙極電源時(shí)，模擬電路更直觀、更直觀。我是最后一個(gè)想用不必要的電源電路來(lái)復(fù)雜化設(shè)計(jì)的人，但是本文介紹的電荷泵電路是如此簡(jiǎn)單和緊湊，它使得雙極電源成為許多模擬和混合信號(hào)設(shè)備的可行選擇。
The LTC3265
該電路的中心元件是來(lái)自線性技術(shù)/模擬器件的 LTC3265。
取自 LTC3265數(shù)據(jù)表的圖
這是一個(gè)高度集成的部分，包括一個(gè)倍壓電荷泵，一個(gè)電壓逆變電荷泵，和兩個(gè)線性調(diào)節(jié)器。下面是我如何生成對(duì)稱(chēng)、低噪音的軌道:
輸入電壓供給倍增電荷泵。
倍電荷泵的輸出為反相電荷泵供電。
倍頻和反相電荷泵的輸出通過(guò) LDO 調(diào)節(jié)到所需的電壓。
還有其他實(shí)現(xiàn) LTC3265的方法。您可以反轉(zhuǎn)輸入電壓，然后使用輸入電壓和反轉(zhuǎn)電壓作為您的雙極軌道，或反轉(zhuǎn)和雙倍的輸入電壓，然后使用 LDO 來(lái)調(diào)節(jié)只有雙倍的電壓，或使用雙倍的電壓供電的逆變器，并連接雙倍和反轉(zhuǎn)輸出直接到負(fù)載(即，不使用 LDO)。
然而，我在參考設(shè)計(jì)中使用的配置在大多數(shù)情況下是可取的
它的高度通用性: 在產(chǎn)生 ± 10電壓從倍頻器和逆變器，你可以選擇不同的最終輸出電壓只需改變兩個(gè)電阻。LDO 電壓設(shè)定如下:
$V _ { LDO + } = 1.2 V 乘以左(frc { R _ 3}{ R _ 1} + 1右) V _ { LDO-} = -1.2 V 乘以左(frc { R _ 4}{ R _ 2} + 1右) $
利用 LDO 產(chǎn)生輸出導(dǎo)軌有助于抑制電荷泵開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的噪聲。
LDO 還確保輸出導(dǎo)軌將有一個(gè)穩(wěn)定的電壓，即使有顯著的變化，在輸入電壓。
在我們討論示意圖的其他方面之前，我應(yīng)該提到一個(gè)細(xì)節(jié): 我把電荷泵稱(chēng)為“倍增”和“反轉(zhuǎn)”，但是整個(gè)故事有點(diǎn)復(fù)雜。LTC3265既可以在突發(fā)模式下工作，也可以在開(kāi)環(huán)模式下工作。在開(kāi)環(huán)模式下，升壓電荷泵將其輸入電壓增加一倍，而逆變電荷泵將其輸入電壓乘以負(fù)一倍。但在突發(fā)模式下，影響因素略小: VBOOST = 0.94 × 2 × VIN _ BOOST，VINV = -0.94 × VIN _ INV。這并不真正影響我的電路，雖然，因?yàn)樾〉牟町惒粫?huì)改變由 LDO 產(chǎn)生的電壓。
示意圖詳情
這是我的無(wú)感器雙極電源的整個(gè)示意圖:
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電源通過(guò)一個(gè)典型的 USB Micro-B 連接器進(jìn)入。
我包括一個(gè)大電容器的輸入，因?yàn)槲铱偸窍矚g大量的電容時(shí)，板的輸入電壓是通過(guò)電纜和/或來(lái)自一個(gè)未知的來(lái)源。然而，47μF 的電容器大大增加了電路板的尺寸和成本(特別是成本) ，所以如果你有預(yù)算或空間限制，考慮取消 C1。
RT 引腳和接地之間的電阻量決定了 LTC3265的振蕩器頻率。我用電位計(jì)來(lái)測(cè)試不同的頻率。
J3和 J4是母頭，我可以用來(lái)插入老式的通孔電阻器。這使我能夠在不同的負(fù)載條件下評(píng)估電路的性能。
C8和 C9不是必不可少的，但你也可以把它們包括在內(nèi)，因?yàn)樗鼈兛梢詼p少 LDO 輸出電壓中的噪聲量。
結(jié)論
正如你可以從示意圖中看到的，一個(gè)像 LTC3265的部件允許你產(chǎn)生低噪聲雙極電源，而不需要大量的設(shè)計(jì)工作，也不需要很長(zhǎng)的元件列表。(我假設(shè) LDO 將消除大部分的開(kāi)關(guān)噪聲; 我將在有機(jī)會(huì)測(cè)試電路板之后才能確定。)雖然肯定不是一個(gè)大電流電源，電路可以提供高達(dá)100毫安(50毫安從每個(gè) LDO) ，這是足夠的許多應(yīng)用。
