构建具有超低静态电流的电荷泵

将低导通电阻模拟开关与基准和超低静态电流比较器相结合，可产生一个分立元件稳压电荷泵，可提供 10mA 电流，静态电流 （Iq） 仅为 7uA。

介绍

便携式电池供电设备通常大部分时间处于待机模式，内部升压转换器的静态电流会持续消耗电池。待机期间的静态电流可能大于实际负载电流。虽然一些基于电感的转换器提供惊人的低静态电流（最大值<10uA），但对于必须本质安全的成本敏感型设计，稳压电荷泵是首选（或必需的）。

具有 ≥10mA 输出电流能力的现成稳压电荷泵的典型最小静态电流为 50 至 100μA。如果该静态电流水平不可接受，则可以通过添加远程监控稳压并切换电荷泵关断模式的电路来降低总体平均值。然而，这种方法可能无法达到理想的Iq水平（<10μA）。低R的出现上模拟开关、超低电流比较器和基准使分立元件电荷泵的最大静态电流约为7μA成为可能。

电荷泵使用交流耦合技术将能量从传输电容器传输到存储电容器。传输电容首先通过模拟开关充电至V电平巴特，然后其他模拟开关将能量传输到连接到 V 的存储电容器外.然后转换电容再次充电并重复循环。理想模拟开关具有零损耗，V外电平等于 2V巴特.然而，正如预期的那样，模拟开关的有限R值上产生与负载电流成比例下降的输出电平。

基本稳压电荷泵（图1）包括一个振荡器、多个模拟开关、一个基准电压源和一个比较器。比较器用作电压监视器和振荡器。当电路处于稳压状态时，比较器输出为低电平，这闭合了NC开关，并允许C1充电至V巴特.当电压在V时外降至输出调节门限（本例中为3.3V）以下时，比较器输出变为高电平。常开开关关闭，将 C1 的电荷转移到 C2。这个循环重复，直到V外重新获得监管。

图1.低 IQ 稳压电荷泵。

电阻R3-R5形成振荡所需的迟滞。它们的值 （1.0MΩ） 会产生显著的迟滞水平，同时最小化 V巴特装载。当比较器输出改变状态时，反馈电阻R5通过移动施加于比较器IN+输入的阈值来产生迟滞。对于所示电阻值，IC1 （1.182V） 和 V 的标称参考值巴特= 3.0V，VIN+ 阈值在 VIN+low = 0.39V 和 VIN+high = 1.39V 的近似值之间摆动。

当电路处于稳压状态时，VIN-略高于VIN+，比较器输出低，电压为V。外由R1/R2分压器检测，VIN+处的阈值很低（0.39V）。当VIN+为0.39V时，R1和R2值可通过以下公式计算：

VIN+ = VOUT(R2/(R1+ R2)).

R1+R2的幅度应大于1MΩ，以最小化V巴特装载。如果 V外= 3.3V，R2选择在2.2MΩ，R1计算在301kΩ。电容C3连接到比较器的IN输入。与R1和R2一起，C3根据以下简化关系设置振荡频率：

tdischarge = tlow = -R2*C3*ln(VIN+low/VIN+high).

tcharge = thigh = -R2*C3*ln(1 -((VIN+high -VIN+low)/(VBATT -Vin+low)).

fosc = 1/tperiod, where tperiod = tlow + thigh.

为了最大限度地提高效率并降低比较器压摆率的影响，应设置相对较低的频率。选择 C3 = 470pF 得到以下结果：

tlow = 178µsec and thigh = 68µsec; thus fosc = 4.0kHz.

选择C1和C2的值以实现所需的负载电流和纹波。对于此应用程序（I负荷= 10mA），选择 C1 = 10μF。要计算C2的值，请根据所需的纹波电压进行近似：

C2 = (Iload * tlow)/Vripple.

With Iload = 10mA and Vripple = 150mV, C2 = 12µF.

如图所示的元件值，该电路的最大Iq为6.9μA，与现成的电荷泵相比有了相当大的改进。您可以通过增加电阻值来进一步降低Iq值，但这种影响很小，因为IC2的静态电流（最大值为3.8μA）在总电流中占主导地位。该电路允许您实现一个超低Iq稳压电荷泵。在提供现成选项之前，它为寻求在不使用电感器的情况下实现低成本设计的设计人员提供了一种替代方案。

审核编辑：郭婷