6.23. Преобразователи напряжения с переключаемыми конденсаторами (зарядовый насос)

В разд. 6.19 мы рассмотрели импульсные источники питания, упомянув их странную способность вырабатывать выходное постоянное напряжение, большее чем входное или даже противоположной полярности. Там мы упомянули также, что преобразователи напряжения с переключаемыми конденсаторами могут делать то же самое. Что же это такое «переключаемые конденсаторы»?

На рис. 6.58 показана упрощенная схема КМОП ИС 7662 фирмы Intersil с расширенной вторичной частью (обвязкой). Она имеет внутренний генератор и несколько ключей КМОП; для ее работы необходимы два внешних конденсатора. Если входная пара ключей замкнута (в проводящем состоянии), заряжается до ; затем во время второго полуцикла отключается от входа и подключается в перевернутом состоянии к выходу. Таким образом, он передает свой заряд на (и нагрузку), обеспечивая на выходе напряжение, равное примерно — . С другой стороны, вы можете использовать 7662 для формирования напряжения , организовав схему таким образом, что будет заряжаться так, как и раньше, но затем на второй половине цикла будет подключаться последовательно с .

Такой способ переключаемых конденсаторов прост и эффективен; для его реализации необходимо всего несколько компонентов (индуктивности не нужны). Однако выход схемы не стабилизирован и существенно падает при токах нагрузки больше нескольких миллиампер (рис. 6.59).

Рис. 6.58. Инвертор напряжения с переключаемыми конденсаторами. внешние танталовые конденсаторы емкостью .

Рис. 6.59. Выходное напряжение инвертора с переключаемыми конденсаторами под нагрузкой значительно уменьшается.

Кроме того, большинство таких КМОП-приборов имеют ограниченный диапазон напряжений питания; для 7662 может меняться в диапазоне только от 4,5 до 20 В (от 1,5 до 10 В для ее предшественницы 7660). Наконец, в отличие от индуктивных повышающих и инвертирующих схем, которые могут генерировать любое напряжение, преобразователь напряжения на переключаемых конденсаторах может формировать напряжения кратные . Несмотря на эти недостатки, преобразователи на свободных конденсаторах при определенных обстоятельствах очень удобны, например, для того чтобы обеспечить питание биполярных операционных усилителей или последовательного порта (см. гл. 10 и 11) на схемной плате, которая имеет питание только .

Существуют еще несколько интересных ИС с переключаемыми конденсаторами. фирмы -это сдвоенный источник, который вырабатывает (до ) от В (рис. 6.60). Похожая схема фирмы LTC формирует выход (до ) и использует меньшие емкости вместо ). Схема фирмы LTC сочетает преобразователь с переключаемыми конденсаторами с линейным стабилизатором и вырабатывает достаточно мощный стабилизированный выход с токами нагрузки до (при более низком КПД, разумеется).

Рис. 6.60. Сдвоенный источник с переключаемыми конденсаторами. Аналогичным образом включается , но при этом , а емкость конденсаторов всего .

Схемы серии МАХ232 и схема объединяют источник на переключаемых конденсаторах и цифровой последовательный порт (см. гл. 11), что исключает необходимость в биполярном источнике для многих компьютерных плат; некоторые ИС из серии МАХ232 содержат даже встроенные конденсаторы. Схема же представляет собой незавершенный блок с переключаемыми конденсаторами, который можно использовать для того, чтобы проделывать всевозможные чудеса. К примеру, вы можете использовать переключаемые конденсаторы для передачи падения напряжения, измеренного на неудобном потенциале вблизи потенциала земли (например, на резисторе для считывания тока при положительном напряжении источника), туда, где с ним можно легко справиться. Документация на содержит 8 страниц с подобными хитроумными применениями.