ADI 高压电荷泵 IC (上)
随着电源的小型化和设计效率的提高，人们对电荷泵 IC 的期望越来越高。什么是电荷泵 IC？与其他电源 IC 相比，它们有哪些优点和局限性？许多人可能正在查找有关电荷泵 IC 的信息，可能过去也曾经考虑过电荷泵 IC，但最终由于它们不能满足电压和电流要求而放弃。
《ADI 高压电荷泵 IC》将分为上、下两篇，主要为大家介绍电荷泵 IC 的基本特性、优点和选择时的注意事项，同时还将介绍 ADI 的高压电荷泵 IC 产品阵容，以及它们的吸引力和应用实例。本文为上篇，主要介绍其基本特性、优缺点以及 ADI 的高压电荷泵 IC 产品阵容。
什么是电荷泵 IC？
电荷泵 IC 是一种不使用电感器的 DC/DC 转换器。它采用电压输出方式，通过转换电荷将电压叠加到电容器中的充电电压上。与 LDO 稳压器和开关稳压器相比，它的优势如下表 (表1) 所示：
| LDO 稳压器 (三端稳压器) |
电荷泵 (也称为开关电容器电压转换器) |
开关稳压器 (使用电感器) |
|
| 设计复杂性 | 优秀 | 良好 | 一般 |
| 成本 | 优秀 | 良好 | 一般 |
| 噪声 | 优秀 | 良好 | 一般 |
| 效率 | 一般 | 良好 | 优秀 |
| 散热注意事项 | 一般 | 良好 | 优秀 |
| 输出电流 | 良好 | 良好 | 优秀 |
| 特点 | 无法提升或反转 | 输入电压/输出电流范围小 (通常) | 需要考虑布局 |
表1 电荷泵 IC 优势对比
电荷泵 IC 与 LDO 稳压器类似，无需电感器，主要区别在于 LDO 稳压器不具备升压或反向电压的能力，而电荷泵 IC 可以升压和反转电压。另一方面，传统的电荷泵 IC 的输入电压范围和输出电流范围有限。 因此，许多人可能由于无法满足电压和电流规格要求，从而只能选择设计耗时的开关稳压器。
电荷泵 IC 的优势
综上所述，可以将电荷泵 IC 的优势总结为以下三点：
电路配置简单，可减少元件数量
在基本电路中，电荷泵 IC 所需的外围元件仅用于电力充电的电容器和输入和输出电容器。 由于不需要电感器，因此可以实现简单的电路配置，并且可以减少元件数量。
无论负载如何，都可以实现高效率
电荷泵 IC 由 PFM 控制，因此可以在任何负载下实现恒定的高效率。相比之下，开关稳压器由 PWM 控制，这会降低效率，尤其是在低负载时。
不产生磁通量，输出噪声小
由于不使用电感器，因此不会产生磁通量，并且可以抑制输出噪声。
下图 (图1)、(图2) 为电荷泵 IC 和开关稳压器原理图。这是由电荷泵 IC 和开关稳压器组成的具有相同输入/输出条件的升降压电路示例。图1 是电荷泵 IC 的示例，图2 是开关稳压器的示例。从图中可以看出，当电路配置为相同的输入/输出电压时，由于电荷泵 IC 没有电感器，外围元件很少，因此电路非常简单。与开关稳压器相比，它的设计要容易得多。
电荷泵 IC 的缺点和局限性
一般来说，电荷泵 IC 的缺点和局限性主要有以下两点：
目前仍不适用于大电压和大电流的情况
由于其工作原理是将能量储存在电容器中，因此只能处理相对较小的电压和电流。
纹波电压大
由于不使用电感器，因此输出端的纹波电压大于开关稳压器的纹波电压。
因此，由于这些特性，电荷泵 IC 主要用于需要低功耗和小尺寸的功率和噪声敏感型应用，例如 LED 电源、LCD 高压电源、移动电话、遥控和小型 IoT 设备。在此背景下，ADI 推出了高压电荷泵 IC，可以处理比以往更大的电压和电流，高压电荷泵 IC 极大地扩展了可用应用范围。
ADI 高压电荷泵 IC 产品阵容
接下来介绍 ADI 的 LTC32xx 系列高压电荷泵 IC。典型的电荷泵 IC 具有约 12V 的输入电压，而 LTC32xx 系列则接受高达 55V 的输入电压，此外它还支持高达 500mA 的输出电流。在之前由于电压和电流不足而放弃的情况，作为新的选择也可以加入电荷泵 IC。可以说，这是一个真正开创性的阵容。
下表 (表2) 为相关产品阵容：(✅：汽车产品经过 AEC-Q100 认证)
| Vinmin (V) | Vinmax (V) | Iout | 功能 | ||
| LTC3255 | 4 | 48 | 50mA | 降压 | |
| LTC3256 | 5.5 | 38 | 350mA | 降压 + 降压 LDO | |
| ✅ | LTC3260 | 4.5 | 32 | 100mA | 反相输出→独立的正负 LDO |
| LTC3261 | 4.5 | 32 | 100mA | 反相输出 | |
| ✅ | LTC3245 | 2.7 | 38 | 250mA | 降压-升压 |
| LTC3246 | 2.7 | 38 | 500mA | 降压-升压 | |
| LTC3265 | 4.5 | 32 | 100mA | 升压和反相输出→独立的正负 LDO | |
| ✅ | LTC3290 | 4.5 | 55 | 50mA | 升压+固定偏移的跟踪模式 |
表2 ADI 的 LTC32xx 系列高压电荷泵 IC
ADI 的 LTC32xx 整个系列的共同特点如下图 (图3) 所示：
在性能方面，最显著的特点是它可以在很宽的输入电压范围内工作。当然，电荷泵 IC 的独特优势是不需要电感器，有助于实现小型化和元件化。此外，ADI 还提供车载产品阵容，以满足高稳健性的要求。
总结
本文简单概述了电荷泵 IC 的基本特性、优缺点及 ADI LTC32xx 系列产品的特点，在《ADI 高压电荷泵 IC 》下篇中，将通过 ADI 的 LTC32xx 系列四款产品，深入为大家介绍该系列产品，以及电荷泵 IC 的应用实例。欲了解关于更多 ADI 相关方案或技术信息，请与澳门人巴黎人1797当地的办事处联系或点击下方「联系我们」，提交您的需求，澳门人巴黎人1797公司愿意为您提供更详细的技术解答。
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