一个charge pump电路求教 ...

只看该作者 · 2008-12-22 16:36

如图示
步骤一. S1,S3接通; S2,S4开路.电容C被充电至VDD
步骤二. S1,S3断开; S2,S4闭合.由电路上加了负载,有人就通过Q=C*V推断出这么一个公式 Vout= 2Vdd * C/(C+Cout)

见有人是这么推理
Q=C*V
Vdd*C=Vout*Cout+(Vout-Vdd)*C
==>Vout=2Vdd * C/(C+Cout)

不是很理解这个推理过程,请高人帮忙解释一下,这种推理正确吗 ?

只看该作者 · 2008-12-23 08:51

2万 · 2008-12-23 09:28

这样看：

当步骤一达到稳态时，C上的电荷为Vdd*C。现在再进入步骤二（假设Cout上的电荷为零），当达到稳态后成立下面两个式子：

Vc*C - Vout*Cout = -Vdd*C 式一
Vc + Vout = Vdd 式二

其中式一表示了电荷守恒（注意：C上的初始电荷为-Vdd*C）
式二表示了分压关系。

由此解得：

Vout = 2*Vdd*C/(C+Cout)

只看该作者 · 2008-12-23 14:18

只看该作者 · 2008-12-23 14:28

2万 · 2008-12-24 07:59

只看该作者 · 2008-12-24 09:35

2万 · 2008-12-24 09:49

这里所说的电荷守恒，指的是RL不存在的情况（两个电容串联中点为悬空态），其电容“串联中点”的电荷守恒。

只看该作者 · 2008-12-25 11:59

C上原来的电压为-Vdd，Cout上原来电压为0。如果步骤二稳定后两个电容的电压分别为Vc、Vout，则C的电荷变化为 (Vc-(-Vdd))*C，Cout的电荷变化为 Vout*Cout，二者之和为0，就是Vout*Cout+(Vc+Vdd)*C=0，与3楼的式一相同。

4楼问“瞬间怎么可能就是这样的啦？”当然实际是需要一定的时间的，由RC时间常数决定，R主要是电源内阻，C是两个电容的串联电容。由于电源内阻很小，可以认为在极短的时间就到达稳定。

7楼说的公式Q=CV，只适用于单个电容，两个电容串联是不适用的。极端的例子是，两个电容各充上数值相等、极性相反的电压，串联后总电压为0，但各自的电荷不为0。

2万 · 2008-12-25 12:21

若考虑两极板的电荷其总和为0，这也是一般电路分析的假设条件（即任何器件单元内电荷和为0）。但这不是电荷守恒所致，在非集总电路的情况下就不成立此假设。

我在此所言的电荷是指两电容相连的电极板上电荷的总和。因为步骤二时，上述相连电极是孤立的，所以其上面的电荷总量也是不变的（电荷守恒）。故会得出相应等式，虽然两个电容各自的极板上的电荷会发生变化。

只看该作者 · 2008-12-25 12:41

不用解方程的方法。

步骤二刚开始的瞬间，环路总电压是-2*Vdd，瞬态过程结束后，环路总电压应为0，变化量为2*Vdd，这个变化量按电容反比分配在两个电容上，所以Cout分得的电压变化量是2*Vdd*C/(C+Cout)，C分得的电压变化量是2*Vdd*Cout/(C+Cout)。

以上都假定RL为无穷大。

这个电路实际应用时，步骤一、步骤二是不断重复进行的。C在这里充当电荷搬运工具，每重复一次，就将一份电荷搬运到Cout上。这就是“电荷泵”名称的由来。

如果C=Cout，则第一次搬运后，Cout电压为Vdd。第二次，环路总电压的变化量只有Vdd，Cout上分得的电压增量为Vdd/2，即电压为(1+1/2)*Vdd。第三次，环路总电压变化量只有Vdd/2，Cout上分得的电压增量为Vdd/4。由此类推，Cout的输出电压将按级数 (1 + 1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 + ····)*Vdd逐次增长，极限是2*Vdd，获得倍压输出。实际上由于RL的存在，输出电压将会低于2倍压。

2万 · 2008-12-25 12:45

2万 · 2008-12-25 13:42

管他每次是多少，不考虑RL时最终反正会到达2倍

4万 · 2008-12-25 13:49

和负载大小有密切关系的。

只看该作者 · 2008-12-25 17:07

只要Vout不到2倍Vdd，这个泵就会不停地“倒腾”电荷，只是一次比一次少。

一个charge pump电路求教 ...

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没有朋友用到此类电路吗

应和RL有关系，若RL不存在（或无穷大），才成立

Vc + Vout = Vdd 不太同意此公司,瞬间怎么可能就是这样的啦？

是公式

re 4L：此“公司”未倒闭，除非基尔霍夫电压定律倒塌了。

7楼问得好... 同问

回楼上两位：

“电荷守恒”应该理解为两个电容上的电荷变化之和为0

楼上：一般电容上的电荷应理解为单极板上的电荷，

还可以从另一种角度求解这个问题

那玩意儿连续蹦，就成电荷泵了。

是的，本来就应该按连续来看

就象是问半波整流滤波后的电压是多少一样

我上面说的C=Cout不是必要条件，只是为了说起来方便

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