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手機(jī)、無繩電話、對講機(jī)等便攜式通信產(chǎn)品都是使用電池作為電源，合理地使用電池，充分挖掘其潛力可提高使用效率、延長電池的壽命。手機(jī)的LCD彩屏需要高亮度的白光LED去點亮，白光LED需要穩(wěn)定的5V工作電壓，如果工作電壓下降，則白光LED的亮度降低，色彩就不鮮明，LCD彩屏的顯示效果就不理想。白光LED不能直接由電池供電，因為電池一開始使用，電壓就遞減，影響顯示效果。所以在電路設(shè)計上需要使用一個升壓型的電荷泵，把遞降的電壓在一段較長的時間內(nèi)穩(wěn)定在5V。

2電荷泵的分類、工作原理及典型應(yīng)用電路

2.1電荷泵分類

電荷泵可分為：

☆開關(guān)式調(diào)整器升壓泵

☆無調(diào)整電容式電荷泵

☆可調(diào)整電容式電荷泵

2.2工作過程

3種電荷泵的工作過程均為：首先貯存能量，然后以受控方式釋放能量，以獲得所需的輸出電壓。開關(guān)式調(diào)整器升壓泵采用電感器來貯存能量，而電容式電荷泵采用電容器來貯存能量。

電容式電荷泵通過開關(guān)陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實現(xiàn)電壓提升，采用電容器來貯存能量。因工作于較高頻率，可使用小型陶瓷電容器(1μF)，占用空間*小，使用成本較低。電荷泵僅用外部電容器即可提供±2倍的輸出電壓。其損耗主要來自電容器的等效串聯(lián)電阻（ESR)和內(nèi)部開關(guān)晶體管的RDS（ON）。電荷泵轉(zhuǎn)換器不使用電感器，因此其輻射EMI可以忽略。輸入端噪聲可用一只小型電容器濾除。它的輸出電壓是工廠生產(chǎn)時精密預(yù)置的，可通過后端片上線性調(diào)整器調(diào)整，因此電荷泵在設(shè)計時可按需要增加電荷泵的開關(guān)級數(shù)，以便為后端調(diào)整器提供足夠的活動空間。電荷泵十分適用于便攜式應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計。電容式電荷泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它實際上是一個基準(zhǔn)、比較、轉(zhuǎn)換和控制電路組成的系統(tǒng)。

2.3幾種不同的電荷泵的應(yīng)用

AAT3110輸出并聯(lián)穩(wěn)壓供電，外圍元件少，走線簡單，轉(zhuǎn)換效率高。

AAT3110微功率升壓電荷泵是美國研諾邏輯科技有限公司（AATI）開發(fā)的微功率開關(guān)電容器電壓提升轉(zhuǎn)換器。它可以提供穩(wěn)定的5V輸出電壓，應(yīng)用時沒有其它升壓泵運(yùn)作所必需的電感器，外圍只使用3個小的陶瓷電容器。它能輸出100mA電流，可以驅(qū)動4個～5個白色或藍(lán)色LED，以滿足彩色LCD背光的應(yīng)用。

AAT3110的特點是靜態(tài)電流小，轉(zhuǎn)換效率高，負(fù)載能力大，是電池電源應(yīng)用的理想器件。AAT3110工作在750kHz高頻升壓狀態(tài)，使用脈沖跳變技術(shù)，從變化的輸入電壓中提取一個穩(wěn)定的輸出電壓。輸入電壓范圍為2.7V～5.5V，輸出穩(wěn)定的5V電壓，轉(zhuǎn)換效率達(dá)90％以上，輸出紋波遠(yuǎn)小于同類產(chǎn)品，ESD大于2kV，具有短路保護(hù)、過溫保護(hù)功能。AAT3110自身功耗甚微，僅為13μA，在停機(jī)狀態(tài)下電流小于1μA。AAT3110與其它公司同類產(chǎn)品相比輸出電流大、紋波小、價格低，實際應(yīng)用時可對并聯(lián)的LED供電，其走線少，使用方便，因而工藝成本低，外圍電路不使用電感器，無EMI輻射。

AAT3110主要技術(shù)參數(shù)：

——工作電壓Vin=2.7V～5.5V

——輸出電壓Vout=5.0V/100mA

——靜態(tài)電流Iq=13μA

——停機(jī)狀態(tài)電流ISHDN=1μA

——工作效率90％以上

——工作頻率750kHz

——封裝SOT23.6SC70JW-8

AAT3110采用6腳SOT23小尺寸封裝，適用于表面貼裝，在PCB板上所占空間很小。SC70JW是AATI超小8腳封裝如圖6所示，占空比達(dá)42％，占用PCB面積僅4.2mm2，芯片抬起安裝可使受熱的空氣自然流動以散熱，多3個腳接地可充分利用PCB散熱。

AAT3111是類似的微功率升壓電荷泵。它的工作電壓是1.8V～3.3V/3.6V，輸出穩(wěn)定的3.3V或3.6V，電流100mA，*適合于使用2節(jié)電池作為電源的產(chǎn)品。3電荷泵選用要點作為設(shè)計工程師，選用電荷泵時應(yīng)考慮下列要求：

1）轉(zhuǎn)換效率要高

——無調(diào)整電容式電荷泵，90％

——可調(diào)整電容式電荷泵，85％

——開關(guān)式調(diào)整器，83％

2）靜態(tài)電流要小，可以更省電

3）輸入電壓要低，盡可能利用電池的潛能

4）噪音要小，對手機(jī)的整體電路無干擾

5）功能集成度高，可提高單位面積的使用效率，使手機(jī)設(shè)計得更小巧

6）足夠的輸出調(diào)整能力，電荷泵不會因工作在滿負(fù)荷狀態(tài)而過熱

7）封裝尺寸小是便攜式產(chǎn)品的普遍要求

8）安裝成本低，包括外圍電路少，占PCB板面積小，走線少而簡單

9）具有關(guān)閉控制端，可在長時間待機(jī)狀態(tài)下關(guān)閉電荷泵，使電流消耗接近于零

4結(jié)語

電荷泵適用于手機(jī)、PDA、EBook、平板顯示器、智能讀卡機(jī)、USB5V穩(wěn)壓電源、GSM手機(jī)的SIM接口電源。