EEPW论坛

在一次项目定制中，客户要求我们将 CPU 主控和 LCD 显示屏电压驱动电路做成一体板， LCD 显示屏所需要的 AVDD,VGH,VGL 等电压需要主控板提供，因为这几路电压所输出的电流都很小（一般都不会超过 10mA ，具体可以查阅屏体手册），可以采用电荷泵电路。在这里我分享一种集成电荷泵的芯片方案，采用 TI 的 TPS 65140 ，以下是电路图，此电路有一定的应用范围限制，下面我会讲到。

本文资料参考来源 TI 的 tps65140 芯片手册，《 Application Report  SLVA918–December 2017 》以及 maxim 的 MAX202E 芯片手册。

1. T PS65140 工作原理简述

TPS6510x 和 TPS6514x 器件包含用于正电荷泵和负电荷泵的驱动器电路。对于正电荷泵，这些设备集成了需要从外部连接的二极管。在输出电压的可用范围内，则该设备可以调节电荷泵的输出电压。

1 .1 负电荷泵

大多数应用电路使用图 1 所示的一级负电荷泵电路。可以使用一个以上的级来生成更多的负电压，但是很少有 LCD 需要这样的负电压，因此这里不再讨论。

该电路可产生的最小（即最负数）输出电压由下式给出：

• VO1 is the output voltage of the boost converter (shown as V(SUP) in Figure 1)

• VF is the forward voltage of the diodes

• IO2 is the output current of the negative charge-pump

• rDS(ON)Q8 and rDS(ON)Q9 are the on-resistances of the supply circuit

• VF = 0.5 V (taken from the data sheet of the BAT54 diode) (1) diode)

• rDS(ON)Q8 = 4.3 Ω at IDS = 20 mA

• rDS(ON)Q9= 2.9 Ω at IDS = 20 mA

图 2 是器件中的负电荷泵可以产生的输出电压范围，该范围是电源电压 VO1 的函数。

如果尝试生成低于可用范围的输出电压，则灰色区域的底部边界为输出电压。例如，如果 VO1 = 11 V ，而您尝试生成 VO2 =  -12 V ，则将获得大约 -9.7 V （通过跟随 VO1 = 11 V 网格线直到达到灰色区域的底部边界而找到）。也就是说负电压最小值是受 V O1 限制的。

1 .2 正电荷泵双倍增器

为了正确使用正电荷泵的双倍配置，在引脚 C1- 和 C1+ 两端连接电容器。使引脚 C2+ 保持开路，如图 3 所示。

双倍频器可以产生的最大输出电压由下式给出：

倍频器的最小输出电压由下式给出：

正电荷泵的输出电压也是受限于 VO1 的，其范围如下图。 如果 VO1 = 11 V ，并且您尝试使用双倍电荷泵生成 VO3 = 24 V ，则只能大约 得到 20.6 V （跟随 VO1 = 11 V 网格线直到达到灰色区域的顶部边界）。

1 .3 正电荷泵三倍增器

如果应用需要的 VO3 电压比双倍电荷泵产生的电压高，请使用图 4 所示的三倍配置。在引脚 C2- / Mode 和 C2 + 之间连接一个额外的飞跨电容器。

三倍电路的最大输出电压由下式给出

       器件的数据手册规定了 VO3 的最大值为 30V 。

最小输出电压由下式给出

正电荷泵的输出电压也是受限于 VO1 的，其范围如下图。如果 VO1 = 11 V ，而您尝试用三倍电荷泵产生 VO3 = 16 V ，您会发现它位于红色填充区域。结果，该设备将调节至约 20 V 的最小值（跟随 VO1 = 11 V 网线直至红线找到）。

1 .4 小结

TPS65140器件中的电荷泵可以调节输出电压，且可调节的电压是有一定范围的，可以使用本文档查看该器件的可用输出电压范围。如果应用在允许范围的边缘附近，请确保设计具有足够的余量以在所有条件下正确运行。

2 . 简述电荷泵原理

为了更好的帮助大家更好地理解电泵原理， TTL 转 RS232 芯片内部结构可以更直观的展示出来。典型的电平转接电路 MAXx2xx 系列因单电源 +5V 供电，均有电荷泵来产生 ±10V 电压，以供 RS232 电平所需。

一般是接 4 个电容，采用双电荷泵，标准接法如下：

芯片内自带振荡器驱动双电荷泵，分双相四步工作，如下图：

VCC 接+5V 电源。V+ 和V- 分别是输出的泵电压。

第一步： S1,S3 闭合， S2,S4 断开，电源 +5V 向 C1 充电， C1 电压最高可至 5V 。

第二步： S2,S4 闭合， S1,S3 断开，这时 C1 负端电位应该等于电源 +5V ， C1 储存的电荷经 S2,S4 转移至 C3 ， C3 两端电压差应该是 5V ，和电源 VCC 电压叠加起来提供 10V 的 V+ 电源。

第三步： S5,S7 闭合， C3 所储存电荷向 C2 充电， C2 电压最高可至 10V 。

第二、三步实际是同时进行的。

第四步， S6,S8 闭合， C2 所储存电压经 S6,S8 转移至 C4 ， C4 最高电压可至 10V ，如图中接法， 构成反相电荷泵，提供了 -10V 的 V-