使用二極管電荷泵製作反轉電源

什麼是電荷泵

電荷泵是通過時鐘信號、電容器和開關（FET或二極管）使電壓升壓或反轉的電路。

電荷泵具有以下特點。

優點

• 僅由電容器、開關（二極管）構成，節省空間
• 無需線圈
• 輻射雜訊小
• 可升壓/負電壓

缺點

• 不能輸出大電流
• 由於利用電容器充放電，所以脈動電壓大

想要低價製作高電壓和負電壓時，經常使用時鐘信號（DC/DC的開關節點等）和二極管的二極管電荷泵。

在此，介紹使用二極管電荷泵的反轉電源製作方法的原理和實例。

反轉電荷泵迴路的工作原理

分為電容器C_PUMP的充電工作/放電工作。

Step1: 充電工作

S­₁­­、S₃導通，S₂、S₄斷開，B點的電壓變為GND。當電流流過藍線時，C_PUMP的電壓充電至V_IN，C_PUMP端子間電壓為V_IN。

Step2: 放電工作

S₂、S₄導通，S₁、S₃斷開，A點的電壓變為GND。C_PUMP的端子間電壓V_in被維持，所以隨著A點的電壓從V_IN降低到GND，B點的電壓也從GND降低到-V_IN。

B點的電壓降到-V_IN時，從C_PUMP放電到輸出電容C_L，輸出電壓下降。 （請參見紅線）

在該工作中，可以在輸出電容C_L中積蓄負電壓。

使用二極管的負電壓生成電路

介紹實際使用二極管的負電壓生成方法。

在二極管電荷泵電路中，根據電路方式可以生成-N倍的電壓。

基本電路(1)

可從時鐘輸出輸出-N（≥1）倍的輸出電壓。

通過重疊二極管電荷泵的級數，可以輸出更低的電壓。各段有肖特基二極管的損失，N倍的輸出電壓為以下公式的值。

V_OUT(N) = V_IN × N - VF × 2(N - 1) - α
VF：肖特基二極管正向電壓　α：其他損失部分

基本電路(2)

與基本電路（1）相比，上升時間變快，但穩定度稍差  。 N倍的輸出電壓與基本電路（1）相同，可以用以下公式表示。

V_OUT(N) = V_IN × N - VF × 2(N - 1) – α
VF：肖特基二極管正向電壓　α：其他損失部分

使用基本電路（1）和DC/DC的開關節點確認“-1倍二極管電荷泵”是否生成負電壓。

輸出電壓是輸入電壓的-1倍，但在輕負載下輸出電壓比-1倍高。

DC/DC的開關節點包含開關噪聲，該開關噪聲是輸出電壓以上的高頻分量。在電荷泵中，由於該開關噪聲也被反轉，所以輸出電壓比-1倍高。

通過增大輸出電流，輸出電壓接近-1倍。因此，在輸出電壓的上升對策中，一般通過在輸出側連接負載電阻來進行上升對策。