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充电泵 (或称开关电容器电压转化器) 填补了线性稳压器和依据电感器的开关稳压器之间的功用空白，为不喜欢电感器的工程师供给了另一种规划挑选。与 LDO 比较，充电泵需求一个额定的电容器 (“起浮”电容器) 才干作业，但一般来说本钱仅略有添加，一起充电泵具有更高的输出噪声电平，并且输出电流才能一般较弱。不过，充电泵也有一些线性稳压器所没有的优势，例如功率更高、因为较高功率作业而发生更好的热量办理、可以升压和降压或许发生负电压。当与惯例开关稳压器比较较时，充电泵的输出电流才能较弱，功率较低。可是充电泵更简略，易于规划，并且不需求电感器。最近在工艺技术领域获得的前进使得可以相关于曾经各代产品扩展了充电泵的输入电压规模。表 1 比较了上述各种拓扑的要害功用参数。
表 1：LDO、充电泵和开关稳压器的功用比较
充电泵 IC 用电容器作为储能元件来发生输出电压。例如，考虑图 1 所示的底子“倍压器”充电泵电路。该电路选用单个起浮电容器 (图中的 CFLY) 和 4 个由两相时钟驱动的内部开关 (内有“x”的圆圈)，发生比输入电压大一倍的输出电压。在时钟的第一个相位 (图中的 θ1)，一对开关给起浮电容器充电，使其到达输入电压 (VIN)。在时钟的第二个相位 (图中的 θ2)，第三个开关将该电容器的负端衔接至 VIN，在电容器的正端有效地发生 2 * VIN。第四个开关将起浮电容器的正端衔接到输出电容器。在无负载状况下，电荷将在每个周期中传送到输出电容器，直至输出充电至 2 * VIN 停止，然后发生等于两倍输入电压。当存在输出负载时，输出电容器 (图中的 COUT) 在第一个相位上供给负载电流，而在第二个相位上，起浮电容器供给负载电流，并给输出电容器充电。为了传送电荷，输出将安稳在一个略低于 2 * VIN 的电压上。输出电容器在两个时钟相位上的充电和放电发生了输出纹波，该纹波是输出电容器值、时钟频率和输出负载电流的函数，
图 1：底子的充电泵倍压器电路
其他一切充电泵电路拓扑都是以这一底子电路为根底的，仅仅添加 / 改动开关和电容器以及时钟相位数量罢了。视操控器和电路拓扑的不同而不同，充电泵可以发生恣意巨细的输出电压，例如 2 倍、3 倍于输入电压的输出电压，等于输入电压一半的输出电压、负输出电压，与输入电压成分数份额的输出电压，如等于输入电压 3/2、4/3、2/3 的输出电压。在挨近抱负充电比时，充电泵的功率可以十分高。在上述的倍压器比如中，抱负状况下，输入电源电流等于输出负载电流的两倍，输入功率等于输出功率。实际状况是，因为静态作业电流和其他损耗，功率略低于抱负状况。充电泵用处广泛，可用于多种运用和细分商场。充电泵因为选用了立异性规划办法而愈加巩固，为运用于严厉的工业和轿车环境发明了时机。
轿车和工业规划面对的应战
为轿车运用规划电子体系极富应战性，原因有许多，包含宽作业温度规模、严厉的 EMI (电磁搅扰) 和瞬态要求以及轿车 OEM (原始设备制造商) 所要求的高质量。轿车仪表板内十分拥堵，塞满了电子产品。落井下石的是，还有从蓝牙到依据手机的网络衔接等各种无线体系。因而，燃眉之急是，给这种散热受限的环境添加任何组件，都要留意不能发生过多的热量或太大的 EMI。关于辐射型和传导型电磁搅扰、抗辐射和传导性或辐射和传导敏理性以及静电放电 (ESD)，都有严厉的电磁兼容性 (EMC) 要求。能否满意这些要求影响到 IC 规划的多种功用。充电泵 (无磁性元件，无电感器) 的低 EMI 和低噪声输出使其成为抱负挑选。充电泵一般比电理性开关的 EMI 低，因为起浮电容器的衔接线可以最大极限地缩短，以减轻容性耦合和天线效应。电感器往往比电容器大，其效果好像天线，特别是未屏蔽时。在实际状况下，与典型数字输出比较，起浮电容器输出底子不会发生更高的 EMI。实际上，它们发生的 EMI 反而更低，因为电路板走线被尽量缩短了。
先来看一下宽作业温度规模这个问题，电源 IC 在两个方面受到了应战。首先是电源转化，即便在中高功率时，电源转化也要耗费一定量的功率，将其转化为热量。再加上很宽的环境作业温度规模这一应战，这类 IC 的最高结温常常能超越 125oC。即便车身中的电子产品不在轿车的引擎罩内，密封塑料封装的电子操控模块内部的环境温度也能到达 95oC。因为这些温度应战，许多额定作业温度为 85oC 乃至 125oC 的 IC 都不足以在高温下继续作业。因而，在许多这类运用中，要求 IC 可以在温度高达 +150oC 时正常作业。
但是，在轿车环境中还有进一步的应战 (例如较冰冷的环境温度)，这就要求可以升压至 5V 或许安定度过低压冷车发起 (~3V) 至 5V 的转化，在这种状况下，输入或许低于所期望的输出。这时一般需求既可以降压又可以升压的器材。此外，衔接到轿车电池输入的 DC/DC 转化器有必要接受由沟通发电机电压的偶尔偏移或轿车突然发起引起的宽电压摆幅。因而，这儿需求供给输入电压瞬态维护功用的器材。工业商场与轿车商场有相似的要求，在极点温度和宽电源电压规模方面要求特别严苛。
总归，轿车和工业体系规划师面对的首要应战如下：
· 平衡功耗与高温作业
· 反抗辐射和传导噪声，具有低辐射
· 处理大的电压瞬态摆幅
· 在低压冷车发起状况下调理 5V 或 (3.3V)
· 最大极限地减小处理方案尺度和占板面积
处理这些规划问题的传统办法是整合高压降压和升压型开关，或真实的 4 开关降压-升压型 DC-DC 转化器。但是这类处理方案或许尺度很大，本钱昂扬，一起常常需求额定的办法来避免 EMI 问题。满意上述约束的另一种处理方案运用高功率、高压降压型充电泵或降压-升压型充电泵，这些充电泵具有广泛的维护功用、高温作业才能和高功率。并且，它们仅需求 3 个小型电容器。
简略的高压处理方案
凌力尔特公司现已开宣布简略、立异的高压单片降压-升压型和降压型充电泵 IC，专门用于轿车和工业运用。
第一款这类器材是 LTC3245，这是一款通用型 250mA 高压降压-升压型充电泵。它运用开关电容器分数转化办法，以在 2.7V 至 38V 的宽输入电压规模内坚持稳压，并发生 3.3V、5V 或 2.5V 至 5V 可调的安稳输出。内部电路主动挑选转化率 (2:1、1:1 或 1:2)，以在输入电压和负载状况变化时优化功率。很小的作业电流 (无负载时为 18μA，停机时为 4μA) 和很少的外部组件 (3 个小型陶瓷电容器，无电感器) 使 LTC3245 十分适用于低功率、空间受限的运用，例如轿车 ECU / CAN 收发器电源、工业内务处理电源和高功率低功率 12V 至 5V 转化。拜见以下图 2 的典型运用电路。
图 2：LTC3245 典型运用电路
与传统开关稳压器比较，LTC3245 的共同安稳频率架构供给更低的传导和辐射噪声。该器材可以以引脚可选的突发形式 (Burst Mode?) 作业，这运用户可以挑选略为添加输出纹波以交换较高功率 / 下降静态电流。该 IC 的其他特色包含很少的外部组件以及用陶瓷电容器可安稳、避免发起时电流过大的软发起电路、以及短路和过热维护。
LTC3245 选用具有底面导热焊盘的扁平 (0.75mm) 3mm x 4mm 12 引线 DFN 封装和具有底面导热焊盘的 12 引线 MSOP 封装。E 级和 I 级版别的作业结温为 -40oC 至 +125oC，而 H 级版别为 -40oC 至 +150oC，MP 级版别为 -55oC 至 +150oC。
表 2 总结了 LTC3245 的功用和优势。
表 2：LTC3245 的功用和优势
LTC3255 与 LDO 相同巩固，但比开关稳压器简略。该器材是一款通用高压降压型开关电容器转化器，供给高达 50mA 的输出电流。在输入电压超越输出电压两倍的运用中，充电泵的功率将近等效线性稳压器的两倍，供给了一种节约空间的无电感器型处理方案，可代替开关 DC/DC 稳压器。LTC3255 发生 2.4V 至 12.5V 的安稳输出，可在 4V 至 48V 的宽输入规模内运作，输入容限为 +60V/-52V。无负载时，突发形式作业将 VIN 静态电流降至仅为 16μA，2:1 的容性充电泵增强了输出电流才能，使其到达输入电流的两倍左右。LTC3255 适用于多种运用，例如工业操控、工厂主动化、传感器和督查操控以及数据收集 (SCADA) 体系、内务处理电源、以及适用于 4mA 至 20mA 工业电流环路的电流提高型稳压器。拜见图 3。
图 3：LTC3255 运用电路 — 4mA ~ 20mA 电流环路
LTC3255 或许作为通用降压型充电泵运用，转化率为 2:1 或 1:1，或许作为电流倍增并联稳压器运用。以一般形式作业时，依据 VIN、VOUT 和负载状况挑选转化率，这时转化形式之间的切换是主动进行的。以并联形式作业时，该器材被强制进入 2:1 形式，然后能从电流源输入供给安稳的输出电压，可供给将近两倍于输入电流至负载。例如，这种功用使 4mA 电流环路可以以 3.3V 的安稳输出电压接连供给 7.4mA 负载电流。LTC3255 可以接受低至 -52V 的反向输入电源和输出短路而不被损坏。安全功用包含输出电流约束和过压维护，这进一步增强了巩固性。
LTC3255 选用扁平 (0.75mm) 3mm x 3mm 10 引线 DFN 和 10 引线 MSOP 封装，两种封装都有底面金属焊盘，以增强导热功用。E 级和 I 级版别的作业结温为 -40oC 至 +125oC。H 级版别的作业结温为 -40oC 至 +150oC，而高可靠性 MP 级版别规定在 -55oC 至 +150oC 的温度规模内作业。
表 3 总结了 LTC3255 的功用和优势。
表 3：LTC3255 的功用和优势
表 4 总结了凌力尔特最新高压充电泵系列产品。
表 4：凌力尔特下一代高压充电泵系列
定论
充电泵现在现已走向老练。因为有限的电压规模以及历史上其功用处在 LDO 和开关稳压器之间，所以在某些方面，充电泵简直被遗忘了。但是，立异规划办法现已提高了充电泵的功用和功用，其间包含降压-升压型架构、广泛的输入瞬态维护以及可以在 4mA 至 20mA 环路运用中倍增电流。视作业条件的不同而不同，充电泵到达了挨近开关稳压器的功率。因而，的确没有理由不在高压规划中运用充电泵。
