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只要1美元,用“古老”器件制作简单高效的电压逆变器

2023-12-22 17:11:24 STEPHEN WOODWARD 阅读:
本文介绍了一种简单的逆变器设计,基于古老的x4053系列三重CMOS SPDT开关,可高效、准确地反相正电压轨并实现降压。

保持运算放大器输出在零伏或零伏以下“活动”、生成对称输出信号以及处理双极性模拟输入,都是些需要几毫安负电压轨的设计情况的实例。图1显示了简单的逆变器设计,其基于古老的x4053系列三重CMOS SPDT开关,可高效、准确地反相正电压轨并实现降压。vu1ednc

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图1 通用且多功能的xx4053为廉价、高效且准确的电压逆变器奠定了基础。vu1ednc

这是它的工作原理。vu1ednc

U1a和U1b与C2结合形成反相电容器电荷泵,将电荷转移到滤波电容器C3。电荷转移的周期过程,从C2通过U1a充电到V+开始,然后通过U1b将C2部分放电到C3。在U1c施密特触发振荡器的控制下,泵频率约为100kHz,因此每10µs就会发生一次电荷转移。注意U1c周围借由R3产生的正反馈和借由R1、R2和C1产生的负反馈。vu1ednc

由此产生的(近似)振荡器波形(Vc1和U1c Vpin9)如图2所示。vu1ednc

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图2 由U1c施密特触发振荡器生成的100kHz时序信号。vu1ednc

xx4053系列所保证的先断后合开关功能可最大限度地提高效率,同时最大限度地降低噪声。当V+=5V时,开关导通电阻随着Vout的降低而固有的增加,从而将短路输出故障电流降低至~20mA。上电启动大约需要5ms。vu1ednc

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图3 +Vin=5V时Vout和功率转换效率与输出电流的关系。vu1ednc

空载功耗小于500µW,大致平均分配在U1和振荡器RC网络之间。当Vout轻载时,它将精确地接近-1.0xV+。在负载情况下,它会以~160mV/mA​​的速度下降。vu1ednc

如果需要在更高的V+输入(高达10V)下运行,则可以采用金属栅极CD4053B。当然,电容器的额定电压需要相应提高。vu1ednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:A simple, accurate, and efficient charge pump voltage inverter for $1 (in singles),由Ricardo Xie编译)vu1ednc

责编:Ricardo
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