电荷泵变换电路优化

图1-18 电荷泵式变换原理图

电荷泵式变换电路，其实质是电容开关式变换电路，简称泵电源。它的特点是利用一只电容在开关频率作用下快速传输电能。这种变换电路输出电压可高于输入电压，也可低于或等于输入电压，其作用将列入降压/升压类别之中。

1.电荷泵式变换电路基本原理

开关电源中的电荷泵式变换电路的转换效率是最高的（可达到92%），电源的损耗最低（静态只有0.5W），其外围电路简单，还可实现倍压或多路倍压输出。图1-18所示为它的基本原理电路。VT₁～VT₄是4只模拟信号电子开关，电容C₁、C₂是在频率作用下的电容开关。两组开关交替导通和截止，实现电能转换。输入信号为正半周时，VT₁、VT₂导通，VT₃、VT₄截止，这时电容C₁充电，当充电电压达到电源电压V_i的90%后，VT₁、VT₂由导通变为截止。输入信号为负半周时，VT₃、VT₄导通，电容C₁的正端接地，负端接V_o，电容C₂向负载反向放电，形成C₁、C₂并联，使C₁的部分电能转移到C₂，并在C₂形成负电压，向负载输出。在模拟信号的作用下，C₁被不断地充电，最终使充电电压维持到输入电压V_i值。可见，C₁就是一个“充电泵”，所以C₁称为泵电容，由C₁、C₂构成泵电源。C₁、C2应采用漏电流小、性能稳定的钽电容。

2.电荷泵式CAT3224驱动LED的应用白光灯源

CAT 3224是美国安森美半导体公司生产的产品，提供不同LED驱动调光类型。图1-19所示为电荷泵式所支持的闪光大电流调光照相电路。电路主要特点是运用超级电容发光二极管，这种新兴的高强度LED驱动器CAT3224能承受高达4A的电流，以及为双单元超级电容供电。电路具有简单并行接口，激活3种完全独立的工作模式（闪光、充电和手电筒），每种模式的工作电流以外部电路3只电阻作简易编程。超级电容技术的峰值电流结合并行逻辑接口，使这种LED器件能替代氙气灯。(www.xing528.com)

CAT3224有3条工作技术：超级电容驱动LED；精密的超级电容充电控制；电容放电为LED闪光管理以及手电筒提供恒流。电路具有热关断保护、过电压保护和外部电阻编程故障保护功能。处在闪光模式时，输出通道匹配每通道2A电流；手电筒模式时，输出通道匹配每通道200mA电流。满足各功能需要。

CAT3224电荷泵式驱动器，支持高达百万像素照相机闪光，替代氙气闪光，配合纤维薄板设计、以超级电容为基础的LED驱动器相配备，还可提供高达10A的闪光大电流。现今500万像素，或更高分辨率的照相机，为了在弱光下拍得高分辨率的照片，需要高亮度的闪光，CAT3224电源能满足各项技术性能的要求，这种电路是目前非常适用而又节能的照相机新设备。值得注意的是，电路所用的电池要用锂离子电池，允许电压范围为2.5～5.5V。超级电容C_T驱动LED闪光至充分亮度，能够提供高达10A的大峰值电流，满足闪光摄像的电流需要。

图中C₁、C₂是电路输入输出电容，其中C₂为泵电容。R₃为信号反馈电阻，控制反馈量，以满足大电流输出的需要，同时还要当过电压出现时，进行保护。C_T是超级电容，向电路提供高达10A的闪光电流，是电路变换的核心元件。

图1-19 电荷泵式CAT3224驱动LED原理图