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模擬開關充當DC/DC轉換器

發布時間:2021-12-13 責任編輯:wenwei

【導讀】如果使用適當的本地化dc / dc轉換器生成-5V偏置電壓,則許多需要65V電源的低電流設備可以在單個5V電源環境中可靠地工作。通常,這些5V IC的功能和優勢遠遠超過了一些不便。


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增加了額外的-5V轉換器功能的成本。許多公司生產各種額定功率和占位面積的dc / dc轉換器IC和模塊。但是,對于僅需要負偏置電壓和低工作電流的簡單單芯片應用而言,這些典型的dc / dc轉換器可能會顯得過高。對于這些應用,典型的負電壓要求范圍為-4至-6V,電源電流為1 mA,而對-5V電源的要求通常并不嚴格。


用于從正電源產生負直流電壓的傳統DC / DC轉換器模塊的低成本替代方案是使用低成本的四半導體模擬開關和板載系統時鐘(圖1a)。這種類型的電壓轉換器會從5V輸入產生一個低功率的負偏置電壓。該電路模擬電荷泵dc / dc轉換器,該轉換器適用于產生極性與輸入電壓相反的輸出電壓。與常規轉換器一樣,也需要兩個電荷存儲電容器。與傳統的獨立DC / DC轉換器方法不同,該電路需要單個外部時鐘輸入來對開關的導通和關斷進行排序,并且電路板空間的數量大致相同。您可以從任何5V邏輯門輸出中以連續,規則的5至500kHz信號周期來輸出此時鐘。


圖1使用帶有兩個外部電容器和一個外部時鐘的模擬開關是從5V輸入產生25V電壓的一種可行方法,以滿足低功率,-5V的需求。一種方法僅使用時鐘的一個相位(a);第二種方法需要兩個相位(b)。


電荷泵轉換器的工作方式是:首先為一個電容器充電,然后使用開關電路將該電荷交替傳輸到另一個電容器。圖1a中的開關電路交替對C1和C2進行充電和放電,以從5V輸入產生-5V輸出。 ALD4213模擬開關內部的集成電平轉換器和邏輯門提供邏輯轉換,可將單個5V輸入轉換為±5V邏輯擺幅。


該電路在時鐘控制下閉合兩個開關S1和S4。在一個時鐘周期的前半部分,C1充電至等于輸入電壓V +的電壓。時鐘控制的下一個半周期打開S1和S4并關閉S2和S3。 C1現在通過S2和S3連接在C2兩端,并且C1上的電荷隨后轉移到C2,直到C1和C2兩端的電壓相等。注意C2兩端的“反相”極性,這迫使C2上的輸出電壓為V-或與V +相反。


每個隨后的時鐘周期(再次從S1和S4的關閉開始)使C1從先前的電壓充電到V +。在許多重復的時鐘周期之后,C2上的電壓保持充電至等于V +的負值或接近V +的值;它執行電壓逆變器的功能,該逆變器通常稱為轉換器。


另一種基于模擬開關的轉換器使用具有電平轉換器的行業標準74HC4316四路模擬開關(圖1b)。該電路與圖1a中的電路相似,但是具有不同的引腳連接。該電路還需要時鐘的兩個相位。如果需要,您可以使用一個附加的反相邏輯門來生成兩個時鐘相位。推薦的輸入是邏輯時鐘,其有用頻率范圍為5到500 kHz。


圖1a的單相設計批量價格不到1美元。如果兩個時鐘相位都存在并且您不必添加外部邏輯門反相器,則圖1b中電路的成本可以小于圖1a中電路的成本的一半。您還可以在自定義ASIC中將模擬開關逆變器與其他模擬功能集成在一起。 ALD4213和ALD500A與該公司的標準單元庫兼容。



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