可從數字信號中提取能量的改進型電荷泵
發布時間：2016-3-4 15:53
發布者：designapp
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本設計實例中描述的電壓倍增器是Dickson電荷泵的改進型（圖1）。與那個電路不同的是，它不需要直流輸入電壓，只需一個數字時鐘信號，輸出端的直流電壓值在理想情況下可以達到這個時鐘信號峰值的兩倍。 圖1：電壓倍增器可以產生它自己本地的正電壓。 這個電路實際上是一個電荷泵，其中C1首先充電至輸入時鐘的高電平，然后在輸入時鐘低電平時通過D2放電到C2，當時鐘回到高電平時，C2再通過二極管D3放電到C3。 在沒有負載的情況下，輸出電壓是峰值輸入電壓的兩倍減去三個二極管的正向電壓——總共約0.75V。輸出電壓在十個時鐘周期內穩定下來；在兩個時鐘周期后，輸出電壓達到最終值的約60%。其值取決于負載電流和輸入時鐘的峰值，因此如果你想得到一個精確的輸出電壓，還可以在后期進行調節。 要想針對具體應用選擇電容值，可以遵循以下這個公式： 其中Iload是負載電流，Tlow是時鐘低電平的持續時間，VR (P-P)是輸出端可接受的峰峰值紋波電壓。 上述電路用200kHz的RC施密特非穩態多諧振蕩器進行了測試。該振蕩器是用工作電壓VDD = 5V的74HC14反相器搭建的(圖2)。振蕩器輸出通過一條10m長的雙絞線連接到電壓倍增器的輸入端，以下是得到的測量結果： D4用于最大限度地減小輸入時鐘下降沿上的振鈴。 圖2：增加了抗振鈴的鉗位二極管D4。 這個電路可以從任何數字化的數據線中獲取能量，因此可以在不使用本地電池的遠程微功率應用中提供較高的供電電壓，比如單線串行接口網絡這樣的應用中。 如果需要更高的供電電壓，還可以對這個電路加以擴展，得到N倍的倍增器。圖3就是一個三倍的倍增器。 圖3：三倍電壓倍增器。 通過反轉所有二極管，并通過電容將輸入峰值耦合和鉗位至0V，我們還可以產生負電壓。圖4顯示的是一個負電壓倍增器，其中的鉗位電路由C4和D4組成。還可以通過修改圖3所示電路獲得更高的負電壓。 圖4：負電壓倍增器。 |
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